Конспект лекции ЭГ 2008

-1-
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное агентство морского и речного транспорта
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Государственная морская академия имени адмирала С. О. Макарова»
КАФЕДРА ГИДРОГРАФИИ МОРЯ
Ю.Г. Фирсов
ЭЛЕКТРОННАЯ ГИДРОГРАФИЯ
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
Санкт-Петербург
2008
-2-
Конспект лекций подготовлен кандидатом технических наук, доцентом Фирсовым Ю.Г.
на основе курса лекций, прочитанных в 2005-2008 г.г для курсантов-гидрографов 4 курса
Арктического факультета ГМА имени адмирала. С. О. Макарова и программы дисциплины
«Гидрография».
Учебное пособие может быть использовано курсантами и студентами заочного факультета
гидрографической специальности, а также инженерами гидрографами, желающими
самостоятельно
изучить основные принципы и технологии современной электронной
гидрографии.
-3-
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр
1
Основные направления современной гидрографической
деятельности. Технические средства и технологии выполнения работ………………..
1.1. Съемки для создания морских навигационных карт в интересах безопасности
мореплавания (Nautical Charting)……………………………………………………………………..
4
7
1.2. Съемки для обеспечения прибрежных инженерных работ
(Surveys for Coastal Zone Management)……………………………………………………..
2
8
1.3. Съемки в удаленной морской зоне для исследований и эксплуатации морских
9
природных ресурсов (Industrial Offshore Surveying) …………………………………….
Международная нормативная база современной гидрографии…………………………… 13
2.1. Стандарты МГО……………………………………………………………………………… 13
2.2. Требования международной ассоциации исполнителей морских работ (IMCA)……… 26
3
2.3. Требования корпуса военных инженеров США (US ACE)………………………………. 29
Электронные гидрографические информационные системы……………………………. 34
3.1. Краткое описание ЭГИС HYPACK……………………………………………………….
34
3.2. Краткое описание ЭГИС HydroPro для обеспечения морского строительства и
35
проведения съёмок………………………………………………………………………….
3. 3. Общее описание электронной информационной гидрографической системы QINSy .. 38
-4-
Глава 1. Основные направления современной гидрографической деятельности.
Технические средства и технологии выполнения работ.
За последнее десятилетие произошли качественные изменения технологий в гидрографической
деятельности.
При гидрографических исследованиях объектами работ являются, как правило, поле рельефа и
осадочных пород морского дна. Иногда гидрографические работы совмещаются с изучением
гравитационного и геомагнитного полей Земли. Традиционно гидрографические работы
проводились в интересах обеспечения безопасности мореплавания. Как и прежде, основную
информацию, необходимую для создания морских навигационных карт и пособий, предоставляет
поле рельефа морского дна, исследуемое посредством промера. Однако, в последнее время в
изучение указанных полей заинтересован значительно более широкий круг специалистов,
включая с морских геологов, биологов и экологов.
В зависимости от специализации в настоящее время различаются следующие основные
направления гидрографической деятельности:
- съемки для создания морских навигационных карт в интересах безопасности мореплавания
(Nautical Charting ) – традиционное направление гидрографической деятельности ;
- съемки для обеспечения прибрежных инженерных работ (Surveys for Coastal Zone
Management) или инженерная гидрография;
- съемки в удаленной морской зоне для исследований и эксплуатации природных ресурсов
(Industrial Offshore Surveying) или промышленная гидрография.
Каждое из указанных направлений поддерживается соответствующими технологиями,
основой которых является специализированное гидрографическое программное обеспечение .
Основным методом обследования морского дна продолжает оставаться акустический метод,
реализуемый с помощью однолучевых эхолотов (ОЛЭ), многолучевых эхолотов (МЛЭ),
эхотралов (ЭТ) и гидролокаторов бокового обзора (ГБО). Современной тенденцией в
гидрографии является использование систем, обеспечивающих полное акустическое
«освещение» морского дна. В последние годы появились высокоточные авиационные промерные
системы, способные измерять небольшие глубины (как правило, до 30 м.) в полосе обзора на
основе применением лазерных технологий. Такие системы особенно эффективны в
труднодоступных районах, там где выполнение съемки с помощью плавсредств затруднено и
опасно (шхерные акватории в районах крайнего севера, а также акватории с мангровой
растительностью в тропиках).
Обязательными инструментами для проведения гидрографических исследований в настоящее
время являются электронные гидрографические информационные системы (ЭГИС),
оборудованные портативной компьютерной техникой, прецизионными датчиками для
измерений параметров полей (рельеф дна, осадки, гравитационное, магнитное), элементов
движения судна и его местоположения, а также устройствами регистрации (архивации)
информации.
-5-
Как известно, полный цикл проведение гидрографических съемок
включает этапы:
проектирования, выполнение съемки, пост-обработки (как правило, в районе работ),
окончательной обработки, оформления и представления результатов. В последнее время все
чаще вводится дополнительный этап - интерпретация результатов.
Наиболее
совершенные
современные
ЭГИС
обеспечивают
поддержку
всего
цикла
гидрографических исследований. Однако, каждая из существующих ЭГИС, как правило, имеет
определенную
«специализацию»
связанную
с
углубленной
поддержкой
определенного
направления гидрографической деятельности.
В настоящее время на мировом рынке гидрографических технологий имеются целый ряд
промышленных ЭГИС, среди которых следует выделить такие наиболее известные как: QINSy
(фирма QPS), Hypack МАХ (фирма Hypack), Hydro Pro (фирма TRIMBLE), EIVA (фирма EIVA),
SIS (фирма Kongsberg), PDS-2000 (фирма RESON), CARIS HIPS (фирма CARIS) и др. ЭГИС
можно классифицировать по нескольким принципам. Имеется класс универсальных ЭГИС,
предназначенных для обеспечения всех этапов выполнения гидрографических работ, включая:
проектирование, выполнение съемки, пост-обработку и представление результатов. Такие ЭГИС
способны обеспечить сопряжение со значительным числом внешних датчиков, включая ОЛЭ, ЭТ,
МЛЭ,
датчики
пространственной
ориентации
(ДПО),
лаги,
гирокомпасы,
а
также
гидрологические зонды и измерители скорости звука в воде. Например, такая ЭГИС как QINSy
(A Quality Integrated Navigation System), голландской фирмы QPS (Quality Positioning Services)
[1,2] предлагает сопряжение с оборудованием 29 различных типов, и для этих целей имеет в
своем составе более 350 программ-драйверов, обеспечивая тем самым возможность подключения
практически всех образцов промышленно выпускаемого оборудования. Примерно такие же
возможности обеспечивает и ЭГИС Hypack МАХ американской фирмы «Hypack» , а также ЭГИС
EIVA датской фирмы «EIVA».
Специализированные ЭГИС предназначаются для поддержки только определенных направлений
гидрографической деятельности и ограниченной номенклатуры внешних датчиков . К таким
ЭГИС можно отнести SIS (Seabed Information System) норвежской фирмы Kongsberg, которая
предназначена главным образом для выполнения площадной съемки рельефа с использованием
МЛЭ,
а
также
ЭГИС
PDS-2000
датской
фирмы
«RESON».
Наконец
имеются
специализированные ЭГИС, обслуживающие только определенные типы оборудования,
предназначаемого для съемки подводного рельефа: ОЛЭ, МЛЭ, БГБО.
Для окончательной обработки и представления материалов съемки имеется отдельный класс
ЭГИС по своим характеристикам приближающийся к ГИС-пакетам. Первая морская ГИС была
разработана канадской фирмой CARIS. ЭГИС CARIS HIPS (Hydrographic Information Processing
System) является «де-факто» стандартом окончательной обработки и представления результатов
съемки подводного рельефа, и используется во многих зарубежных и ряде отечественных
гидрографических организаций.
Каждая из указанных ЭГИС имеет свои особенности и оптимальным образом
поддерживает
определенные
направления
гидрографической
деятельности.
Наиболее
универсальной является ЭГИС QINSy, направленная на решение, главным образом, задач
промышленной гидрографии и выполнения съемок с МЛЭ. Отличительной особенностью ЭГИС
QINSy являются:
- возможность выполнения комплексной обработки нескольких датчиков позиционирования с
-6-
целью получения оптимальных оценок двух и трехмерных координат в том числе с
использованием гидроакустических навигационных систем (ГАНС);
- наличие оценки точности получаемых оценок координат, в том числе и координат глубин на
морском дне, получаемых с использованием ОЛЭ и МЛЭ;
- реализация оптимальных методов обработки и представления данных съемок с МЛЭ и ГБО.
- наличие гибких средства для работы с якорями для позиционирования буровых платформ.
Все эти особенности делают
ЭГИС QINSy удобным инструментом для решения задач
промышленной гидрографии. Данное программное обеспечение может быть с успехом
применено
для
решения
следующих
задач,
традиционных
для
геодезического
и
гидрографического обеспечения работ на морских нефтегазовых месторождениях:
- съемка рельефа дна с помощью МЛЭ в месте установки буровой платформы, а также по трассе
ее буксировки к месту установки;
- вывод буровой установки в заданную позицию с помощью буксиров;
- заводка якорей буровой установки с помощью буксиров и установка их в проектное положение;
- позиционирование буровой установки с помощью заведенных якорей и установка в проектные
координаты с учетом заданных допусков;
- съемка рельефа дна с помощью МЛЭ по трассе для проектирования прокладки трубопроводов;
- инспекция проложенных трубопроводов с помощью МЛЭ и автономных подводных аппаратов.
- решение другие задачи возникающих при геодезическом и гидрографическом обеспечении.
Вместе с тем, пакет QINSy достаточно сложен в освоении и имеет высокую стоимость.
Другой популярной ЭГИС, широко применяемой в промышленной гидрографии, является
HYDROPro. Этот гидрографический пакет наиболее удобен для позиционирования буровых
платформ,
забивки свай и монтажа конструкций при выполнении гидротехнических работ на
акватории.
Для традиционной и инженерной гидрографии хорошо подходит ЭГИС «Hypack МАХ»,
благодаря
модульности
структуры,
возможности
решения
большого
количества
вспомогательных задач, простоте освоения и удобстве объединения результатов прибрежных и
наземных съемок. В состав пакета «Hypack МАХ» могут входить модули: «Hysweep» для съемки
и пост-обработки данных МЛЭ и БГБО, «Hyscan» для съемки и пост-обработки данных ГБО.
Результаты съемки могут быть конвертированы в форматы наиболее популярных ГИС, а также в
обменный формат ЭНК S-57. В последней (2008) версии пакета «Hypack МАХ» реализована
возможность
сопряжения
с
топографическим
сканером,
позволяющая
резко
повысить
производительность при проведении одновременной съемки подводного и надводного рельефа.
ЭГИС «Hypack» укомплектована широким спектром вспомогательных программ, среди
которых следует упомянуть программу расчета семи параметров для преобразования
геодезических координат из одной координатной системы в другую на основе использования
данных четырех и более пунктов, координаты которых известны в обеих системах. В ЭГИС
«Hypack» может использоваться рекордное количество картографических подложек (более 10),
включая форматы таких популярных ГИС, как ArcGIS и MicroStation. Возможно создание
электронных карт средствами самой ЭГИС «Hypack МАХ» путем оцифровки на дигитайзере и
(или) непосредственно на экране монитора. Кроме того, результаты съемки рельефа дна могут
быть напрямую конвертированы в обменный формат S-57 электронной навигационной карты
(ЭНК), которую затем также возможно отобразить в качестве картографической подложки.
-7-
Отличительной особенностью фирмы «Hypack» является разумная ценовая и маркетинговая
политика, а также высокий уровень поддержки пользователей – ежегодно по всему миру
проводятся семинары пользователей, в том числе и в России (трехдневный ежегодный семинар в
г. Москва). На сегодняшний день ЭГИС «Hypack МАХ» является одной их самых массовых
гидрографической технологией в мире - более 3500 лицензий.
Новые технологии позволяют использовать значительно меньший состав персонала, но при
этом требования к его подготовке значительно повышаются. В предшествующие периоды в
составе
экспедиций
преобладали
узкие
специалисты,
каждый
из
которых
выполнял
фиксированный набор операций, а вся обработка, как правило, проводилась в «камеральных»
условиях по возвращению на базу. Применение новых технологий позволяет не только
выполнять съемку в сжатые сроки и меньшим составом исполнителей, но радикально сократить
время пост-обработки и представления конечных результатов.
В настоящее время организации Федерального агентства по морскому и речному
транспорту, включая подразделения Росморпорта, выполняющие гидрографические съемки на
акваториях
портов и на подходных каналах оснащены импортным гидрографическим
оборудованием и ЭГИС [12].
Многие частные фирмы, занимающиеся гидрографическими
съемками для картографирования и обеспечения дноуглубительных работ также имеют самое
совершенное технологическое оснащение.
1.1. Съемки для создания морских навигационных карт в интересах безопасности
мореплавания (Nautical Charting). Это направление гидрографической деятельности всегда
являлись основным при выполнении гидрографических исследований. Для проведения съемки
используются однолучевые и многолучевые эхолоты в сочетании с гидролокаторами бокового
обзора. В наиболее мелководных районах (акватории портов, подходные каналы и фарватеры)
вместо МЛЭ с успехом могут быть использованы эхотралы. Современная аппаратура, включая
МЛЭ может быть размещена на небольших судах и катерах (см. рис.1.1.), что повышает
экономическую эффективность съемок.
Выполнение съемки регламентируется стандартом S-44 (редакция 5,2008) Подготовленным
Международной Гидрографической Организацией (IHO). Результаты гидрографических работ,
как правило, предоставляются в виде планшетов промера, а также в виде цифровой модели
рельефа, построенного на основе файла точек (файл формата x,y,z). Вес цикл выполнения работ
поддерживается какой-либо из доступных на рынке промышленных ЭГИС.
Рис.1.1. Современный промерный катер
Рис.1.2. Фрагмент ЭНК формата S-57
-8-
Современной тенденцией является импорт результатов промера непосредственно в формат
базы данных S-57 с целью ускорения создания электронных навигационных карт. Данную опцию
поддерживают такие ЭГИС, как «Hypack МАХ», QINSy, «EIVA».
1.2. Съемки для обеспечения прибрежных инженерных работ (Surveys for Coastal Zone
Management)
Это направление гидрографической деятельности имеет два главных направления: выполнение
гидро-технических, главным образом дноуглубительных работ в прибрежной зоне и обеспечение
выполнения геологической съемки на шельфе. Последнее направление стало актуальными в
последние 20-30 лет в связи с повышением интенсивности хозяйственной деятельности в
прибрежной зоне и необходимостью получения дополнительной информации и рельефе дна и
составе донного грунта на конкретной акватории с целью обеспечения промышленной добычи
полезных ископаемых.Все возрастающее практическое значение в настоящее время приобретают
высокоточные съемки прибрежных акваторий, связанные с обеспечением безопасности судов,
дноуглублением, гидротехническим строительством. Сегодня администрация порта или
дноуглубительная компания не может эффективно работать без использования современного
гидрографического оборудования. Объем предстоящих дноуглубительных работ и текущее
состояние дна акватории после выполнения очередного дноуглубления требует точной и
оперативной информации. Большинство ЭГИС имеют в своем составе специализированные
модули, обеспечивающие работу дноуглубительных судов. Так в ЭГИС «Hypack МАХ» имеется
пакет программ «DredgePack», обеспечивающий поддержку выполнения дноуглубления в
реальном масштабе времени. Аналогичные возможности обеспечивают ЭГИС QINSy. Крупные
дноуглубительные компании, такие как «Baskalis Bv» создали собственное программное
обеспечение для гидрографической поддержки дноуглубления и расчета объемов извлекаемого
материала.
Гидрографические съемки для обеспечения прибрежных инженерных работ производятся, как
правило, в составе морских геолого-геофизических исследований шельфа, а также для съемок,
позволяющих осуществить проектирования прокладки инженерных коммуникаций
(трубопроводов, кабелей и.т.д) на морском дне. Высокоточная съемка рельефа является
необходимым этапом выполнения подобных работ.
Особенностью данной съемки является необходимость получения информации о структуре
поверхности морского дна, а также структуре верхнего слоя донных осадков.
Для выполнения таких съемок
обычно используется аппаратурнопрограммный комплекс, содержащий
однолучевой двухчастотный эхолот
(38 и 200 кГц), МЛЭ, ГБО, а также
низкочастотный эхолот- профилограф
с частотой 3-5 кГц, а также
сейсмические методы съемки. Такой
съемочный комплекс представлен на
Рис.1.3. Аппаратурный комплекс для проведения съемки
в прибрежной зоне.
рис. 1.3 .
-9-
Универсальные ЭГИС QINSy и HYPACK обеспечивают поддержку ОЛЭ, МЛЭ и ГБО.
Для поддержки профилографа применяется, как правило, отдельное программное
обеспечение. Для инженерных изысканий (проектирование коммуникаций) достаточна
глубинность изучения осадка до 30-50 м., которая обеспечивается низкочастотным эхолотом
профилографом.. При этом подробность получения вертикальной структуры осадка может
составить 0.2- 0.4 м.
Для геологического изучения акватории в аппаратурно-программный комплекс может
быть дополнительно включен буммер (частота менее 1 кГц) или легкий сейсмический
комплекс (частоты 600 – 800 Гц с сейсмокосой длинной 200-400 м.), что обеспечивает
повышение глубинности разреза (до 200-400 м.), однако понижает подробность (возможность
получения разрешения по слоям донных осадков) до 2-5 м.
1.3. Съемки в удаленной морской зоне для исследований и эксплуатации морских
природных ресурсов (Industrial Offshore Surveying)
Включают два главных направления морской деятельности: проведение поисково-разведочных
работ на нефть и газ с использованием так называемой «тяжелой» сейсмики (сейсмические косы
длиной 4 - 8 км.), а также для обеспечение комплекса работ по созданию инфраструктуры для,
эксплуатации и обслуживание морских нефтегазовых месторождений.
1.3.1. Морские поисково-разведочные работы на нефть и газ
Производятся с использованием методов морской сейсморазведки. При этом обязательно
производится промер глубин по сейсмическому профилю, который, однако, носит только
вспомогательный характер и не направлен на получения рельефа морского дна. Морская
сейсмическая съемка реализуется в варианте 2D, как правило, методом отраженных волн общей
глубинной точки (МОВ ОГТ) и 3D. Для поддержки морской сейсморазведки используются
навигационно-сейсмические комплексы, в которых процессы навигации, а также излучения и
приема сейсмических сигналов объединены в единый технологический процесс. Особое
внимание уделяется точности определения координат сейсмического источника (сейсмической
пушки) и приемников, расположенных на сейсмической косе, длина которой может достигать
нескольких км.
При этом обеспечивается
равномерность заглубления всех
секций сейсмокосы и осуществляется непрерывное определение положения концевого буя.
Выполнение морской сейсмической съемки регламентируется
правилами и нормами UKOOA
(United Kingdom Offshore
Operators Association)ассоциация фирм Великобритании, осуществляющих разведку
Рис.1.4. Блок-схема навигационно-сейсмического комплекса
«SPECTRA»
морских месторождений нефти и
газа.
- 10 -
Представление конечных результатов съемки осуществляется в формате UKOOA Р1\90. В
качестве примера навигационно-сейсмических комплексов можно привести комплексы:
«SPECTRA» (см. рис.1.4.) .
1.3.2. Создание, эксплуатация и обслуживание морских нефте-газовых месторождений
Состоит из целого комплекса морских инженерных работ, составной частью которых в
обязательном порядке является гидрографическое обеспечение. Перед установкой буровой
платформы на акватории осуществляется высокоточная съемка рельефа дна, верхнего слоя
донных осадков, а также гидролокационная и магнитометрическая съемки с целью обнаружения
техногенных объектов. Транспортировка буровой платформы к месту ее установка
осуществляется с помощью нескольких буксиров, которые должны действовать координировано.
Заводка якорей для обеспечения позиционирования буровой платформы также является
отдельной ответственной задачей, которая должна решаться с высокой точностью.
Рис.1.5. Буксировка буровой платформы
Рис.1.6. Разводка якорей с помощью буксиров
Для выполнения эксплуатации скважины необходимо осуществить проектирование трасс
подводных трубопроводов и кабельных линий, а также осуществить гидрографическое
обеспечение их прокладки. В процессе функционирования морского месторождения
осуществляется постоянный контроль за состоянием подводных коммуникаций.
Рис.1.7. Схематическое изображение инфраструктуры морского нефте газового
месторождения.
- 11 -
При эксплуатация и обслуживание морских нефте-газовых месторождений широко используются
подводные технические средства (ПТС), которые могут быть классифицированы как: автономные
(автоматические = AUV) и неавтономные (ROV). Для эффективного применения ПТС
используются навигационные гидроакустические системы (ГАНС) с длинной (ДБ) и
ультракороткой базой (УКБ), позволяющие с высокой точностью определять пространственные
координаты ПТС.
Для обеспечения гидрографических работ на морских месторождениях используются
такие ЭГИС как: QINSy (QPS), HYDRO (TRIMBLE), STARFIX (FUGRO), имеющие в своем
составе программные средства для поддержки решения указанных задач. Применение МЛЭ при
выполнении батиметрической съемки в интересах проектирования морских месторождений
регламентируется правилами IMCA (International Marine Contractors Association).Для определения
надводного местоположения современная электронная гидрография использует главным образом
спутниковые радионавигационные системы (СРНС) второго поколения НАВСТАР и ГЛОНАСС.
Список рекомендованной литературы по главе 1
1. СП 11-114-2004. Инженерные изыскания на континентальном шельфе для строительства
морских нефтепромысловых сооружений. Госстрой России. М., ПНИИИС, 2004 г., 88 с.
2. Технология промерных работ при производстве дноуглубительных работ и при контроле
глубин для безопасности плавания судов в морских портах и на подходах к ним.
РД31.74.04-2002. Ростов-на-Дону, 2004.-155 С.
3. Инженерно-гидрографические работы при инженерных изысканиях для строительства,
СП-11-104-94, Часть III, 2004 г
4. IHO Standards for Hydrographic Survey. Special Publication S-44, 2008.
5. Ботавин Д.В. Составление навигационных карт на участок Верхней Волги методами ГИСкартографирования. Геодезия и картогроафия, вып.5, 2007, с.58-62
6. Изаак И.Э., Смагин Ю.В. Обследование навигационных опасностей многолучевой
эхолокационной системой с помощью программного обеспечения HYPACK MAX. Труды
конференции: «Современное состояние и проблемы навигации и океанографии», СПб,
ГНИНГИ, 2007, -С. 349-361
7. Фирсов Ю.Г. Современные гидрографические технологии и практическая подготовка
инженеров гидрографов в Государственной морской академии. В кн.: «Эксплуатация
морского транспорта». Под ред. Емельянова. М., «Наука», 2003 г., с.47-54.
8. V.V. Suvorov. Surveying Water Areas of St.Peterburg Port. Hydro International, Post&Harbours
Special, September,2005, -pp.10-11
9. Фирсов Ю.Г. Современная гидрография и морские электронные карты. “Геодезия и
картография», 2006, -В.11, -С. 25-32.
9. Фирсов Ю.Г. К вопросу о нормативных документах для выполнения гидрографических работ.
«Навигация и гидрография», 2007, -В.23, -С.97-107
10. Фирсов Ю.Г. Пятая редакция международного Стандарта га гидрографические съемки S-44
Международной Гидрографической Организации. Ежеквартальный сборник статей
Государственной морской академии «Эксплуатация морского транспорта», СПб, 2008, 2008,
В.1(51), С.39-44
- 12 -
11. Баландин В.Н., Матвеев А.Ю., Меньшиков И.В., Фирсов Ю.Г К вопросу о нормативных
документах для выполнения топографической съемки шельфа и внутренних водоемов.
«Геодезия и картография», Вып.5.,
12. Фирсов Ю.Г., Баландин В.Н., Матвеев А.Ю., Меньшиков И.В. Современные технологии и
регламентирование съемки прибрежных акваторий. «Геодезия и картография», Вып.10.,
13. Руководство по гидрографическим съемкам корпуса военных инженеров США
ЕМ 1110-2-1003 US ACE, 2001
14. QINSy Quick Start. V.7.x. QPS,2005, P.123 (русский перевод ГМА 2006)
15. Фирсов Ю.Г. Основы практического применения электронной гидрографической
информационной системы QINSy». Учебное пособие. ГМА, 2008, С.189
16. Фирсов Ю.Г. Электронная гидрографическая система HyPack Max. Часть 2 «Выполнение
съемки рельефа дна однолучевым эхолотом». Учебное пособие. ГМА, 2004, С.
17. Фирсов Ю.Г. Электронная гидрографическая система HyPack Max. Часть 3 «Пост-обработка
съемки. Учебное пособие. ГМА, 2005, С.
18. HYPACK Quick Start. HYPACK Inc., 2006, P.98 (русский перевод)
19. HYDRO Pro. Training Course. Trainee Handouts. V.2.30. TRIMBLE, December, 2004, P.246
20. Учебный курс по HYDRO Pro. Конспект лекций. Русский перевод документации, C.237
- 13 -
Глава 2.
Международная нормативная база современной гидрографии
Отличительной особенностью современной гидрографии является ее международной характер,
направленный на создание различными государствами равноценных по точности и надежности
морских карт. Стремительное развитие средств и методов современной гидрографии, внедрение
в практику современного мореплавания морских электронных карт и геоинформационных систем
Настоятельно ставят вопросы унификации требований при проведения гидрографических съемок
для различных направлениях гидрографической деятельности, оценки их точности и всестороннем представлении результатов.
Разные направления гидрографической деятельности имеют разные подходы к выполнения
съемок рельефа дна которые выражены в разных нормативных документах. Рассмотрению этих
требований и регламентирующие их документы рассматриваются в данном разделе учебного
пособия.
2.1. Стандарт на гидрографические съемки S-44 .
Международная гидрографическая организация МГО (International Hydrographic
Organization-IHO) берет свое начало от Международного Гидрографического Бюро (IHB),
созданного в 1921 году, с целью рассмотрения и одобрения методов проведения
гидрографических съемок и издания навигационных карт. В сентябре 1970 года государствачлены IHB официально одобрили новое название: «Международная гидрографическая
организация», а в качестве Международного Гидрографического Бюро оставили только
название штаб-квартиры самой организации, расположенной в Монако.
Новая организация среди других задач провозгласила координацию деятельности
национальных гидрографических агентств и принятие надежных и эффективных методов
проведения гидрографических съемок. Для выполнения этих задач внутри МГО периодически создаются комитеты и рабочие группы для подготовки проектов стандартов и
спецификаций, которые затем представляются для ратификации странам-членам организации.
«Стандарты МГО на гидрографические съемки» (IHO Standards for Hydrographic
Survey) публикуется в виде специальной публикации МГО N 44 (Special Publication 44 ),
более известной как документ «S-44». Первое издание стандарта было опубликовано в 1968
году с последующими переизданиями в 1982 (вторая редакция) и в 1987 (третья редакция). При
этом необходимо отметить, что стандарты рассматриваются исключительно как добровольные
документы, дающие общие рекомендации и определяющие минимальные требования к качеству
проведения гидрографических съемок для стран-членов МГО, а также других стран,
выполняющих данные работы в зонах своей ответственности. Предполагалось, что страны члены
МГО на основе стандартов МГО будут разрабатывать свои национальные стандарты выполнения
гидрографических съемок, учитывающие специфические особенности акваторий и исторически
сложившиеся методические особенности выполнения работ.
Первые три редакции документа S-44 идеологически были во многом схожи, поскольку
касались выполнения гидрографических съемок, направленных на создание морских навигационных карт. При этом масштабы съемок увязались с текущими потребностями судовождения,
глубинами моря на основных судоходных трассах, а также доступных в то время средствами
высокоточного определения координат при проведение гидрографических работ.
В предыдущем издании стандарта S_44 (1987 г.) основное внимание было
сосредоточено на классификации точностей для гидрографических съемок, проводимых для
составления морских навигационных карт. В настоящее время пришло осознание того, что
пользователи гидрографических данных составляют куда более разнообразную по своему составу
группу, чем представлялось ранее. В настоящее время гидрографические данные важны для
организации управления прибрежными зонами, контроля за состоянием окружающей среды,
эксплуатации природных ресурсов (освоения углеводородов и минеральных ресурсов), решения
юридических вопросов при разграничении морских пространств и других вопросов юрисдикции,
моделирования океанических и метеорологических процессов, обслуживания морских и
портовых сооружений, планирования строительства в прибрежной зоне и для многих других
приложений. Чтобы расширить возможность применения гидрографической информации
конечным пользователям теперь требуются все более современные, подробные и надежные
данные, кроме того, эти данные должны предоставляться в цифровой форме.
- 14 -
2.1.1. Четвертая редакция Стандарта на гидрографические съемки S-44 (1998) .
В начале 90-х годов с связи с началом нового этапа научно-технического прогресса в
области
морской
навигации и
редакции стандартов S-44.
представителей
гидрографии
возникла
необходимость создания
Для этого в 1993 году была создана рабочая
тринадцати государств- членов
МГО,
рекомендации для формирования новой редакции,
новой
группа из
которым было поручено
учитывающей
дать
развитии спутниковых
средств определения местоположения (Навстар и ГЛОНАСС), прогресса в создании мелководных многолучевых эхолотов и их широкое внедрением в практику гидрографических
работ, а
также появление
графическими
привели
на
судах мощных
мониторами. Революционные
и
недорогих
компьютеров с цветными
изменения средств и методов гидрографии
к формированию качественно нового документа, учитывающего глобальность
средств позиционирования и возможность полного акустического освещения морского дна,
что в свою очередь приводит к невиданной ранее плотности батиметрической информации.
Такие объемы данных не могут быть обработаны традиционными методами, а возможности
экспорта результатов промера непосредственно в формат векторной морской электронной карты
ставит под сомнение необходимость учета масштаба съемки при назначение ее точности.
Взамен промерных профилей вводится площадная съемка на основе объединения полос
гидроакустического освещения дна. Возможность представления данных промера в цифровой
форме с одной стороны,
появление и широкое распространения
географических
информационных систем (ГИС), с другой, а также распространение деятельности человечества
на морскую среду, создали условия, когда
результатами промера интересуется
значительно
более широкий круг специалистов, чем это было в недалеком прошлом.
Одной из особенностей распространения пространственных данных в цифровой форме
является необходимость дополнения этих данных так называемыми метаданными, несущими
информацию о качестве самих данных. Метаданные позволяют оценить пригодность данных
промера для решения самых разнообразных задач, часто не связанных с гидрографической
деятельностью.
В связи с эти в новом стандарте (редакция 4, 1998) основной упор сделан на оценку точности
данных, получаемых в результате гидрографических работ, а также предоставления
потенциальным пользователям метаданных, касающихся дополнительной разносторонней
информации, позволяющей впоследствии использовать материалы промера для других целей.
Другим нововведением четвертой редакции является обоснование категорий
гидрографической съемки (четыре категории). Однако, наиболее важным для практики является
введение в четвертой редакции стандарта понятия суммарной перенесенной ошибки (Total
Propagated Error=TPE). Кроме того, стандарт
предписывает обеспечивать регистрацию не
только результатов промера, но и оценки точности получаемых величин на уровне
доверительной вероятности.
95%
Стандарт ставит вопрос о том, что с помощью суммарной
перенесенной ошибки (СПО) необходимо характеризовать положение глубины на дне с учетом
всех составляющих ошибок, учитывая также и размер следа луча эхолота на дне (echosounder
footprint).
- 15 -
Для понимания концепции оценки
точности гидрографической съемки, излагаемой в
новой четвертой редакции стандартов S-44, принятой МГО в апреле 1998 года, целесообразно
кратко остановится на вопросе о том, что понимается под погрешностью на уровне 95% доверительной вероятности (measurement error at 95% confidence level) для
и исправленной глубины.
планового положения
С точки зрения стандарта ошибка (error) представляет собой
разницу между измеренным и исправленным значением величины и ее истинным значением.
Ошибки могут быть грубыми (blunder ), систематическими (systematic) и случайным (random).
Грубые ошибки, как правило , имеют значительную величину, возникают в результате
неаккуратности или недостатка опытности исполнителя работ и должны устраняться надлежащей
организацией процедур контроля качества съемки. Систематические ошибки – это ошибки
которые возникают от воздействия на результаты измерений какой-либо фактора,
подчиняющегося определенному физическому закону. В задачу исполнителя работ входит
установление этого закона или его моделирования с целью расчета поправки,
компенсирующей системати-ческую ошибки. После внесения поправки, результат измерения
полагается «исправленным»,
т.е. свободным от воздействия систематической ошибки.
Очевидно, что на практике поправки рассчитываются с определенной погрешностью, которая,
как правило, носит случайный характер и характеризуется средней квадратической ошибкой.
Случайные ошибки самих измерений, как правило, имеют небольшие величины,
возникают в результате несовершенства измерительных приборов, подчиняются законам
теории вероятностей, и могут быть как положительными, так и отрицательными.
Грубые ошибки должны быть устранены из результатов измерений в результате их
надлежащей организации и контроля. Предполагается, что они отсутствуют в качественных
наборах гидрографических данных.
Систематические ошибки устраняются надлежащей
организацией их моделирования, а также калибровкой в результате которых рассчитываются
необходимые поправки, используемые для исправления выполненных измерений. Невозможность
предсказания случайных ошибок приводит к тому, что остается только оценить их величину,
используя какую либо меру точности. При этом в Стандартах предполагается, что
гидрографические измерения подчиняются нормальному закону распределения, и
следовательно, в качестве меры их точности может выступать средняя квадратическая
ошибка (m) или стандарт (standard deviation) имеющая доверительную вероятность 68.3
%.
Графически, функция распределения плотности вероятностей Р случайных ошибок
(probability density function), построенная в прямоугольных координатах, когда по оси
абсцисс откладываются случайные ошибки (ε), имеет форму колокола. Площадь под кривой
теоретически равна 1. Площадь, заключенная между ε = - m и ε=m как раз и равна 0.683 всей
площади, принятой за единицу. Это показывает, что из всей совокупности случайных ошибок с
наибольшей вероятностью можно ожидать, что 68.3% ошибок будет по абсолютной величине
меньше стандарта m, то есть вероятность появления ошибок больших стандарта составить
только 0.327. Вероятность появление ошибок по абсолютной величине больше 2 m (удвоенная
среднеквадратическая) равна 0.954, таким образом, с наибольшей вероятностью можно ожидать,
что только 4.6 % ошибок по абсолютной величине будет больше удвоенной среднеквадратической
ошибки.
- 16 -
Для большего удобства в новом Стандарте принята в качестве точности измерений не
удвоенная среднеквадратическая ошибка, а погрешность на уровне доверительной вероятности
95% (95% Confidence Level).
Для того, чтобы перейти от среднеквадратической ошибки m к
погрешности на уровне 95% достаточно величину m умножить на коэффициент: k=1.96.
Однако, для практических целей при расчетах вполне можно принимать: k=2.
Обратимся далее к теоретическим основам, обосновывающим понятие «Суммарной
перенесенной ошибки». СПО точки представляет собой меру точности, которая ожидается для
данной точки в случае, когда учтено воздействие всех составляющих источников ошибок. СПО
точки на цифровой модели поверхности морского дна (DTM), рассчитанная по эхолотным
измерениям, будет в общем случае состоять из СПО положения антенны эхолота плюс СПО
исправленной глубины. Для многолучевого эхолота СПО точки на цифровой модели морского дна
источниками ошибок (составляющими СПО) будут являться ошибки: планового положения антенны
GPS, заглубления антенны, проседания судна на ходу, поправки за уровень,
модели геоида,
измеренной наклонной дальности, приведения антенны GPS к месту антенны МЛЭ, истинного
курса, крена,
дифферента и вертикального перемещения, скорости звука у антенны МЛЭ и
профиля скорости звука в водном слое. Кроме того, на величину СПО будут влиять ширина луча
МЛЭ, величины угла луча и точность фиксации угла луча. Отсюда в термине «СПО» и появилось
слово «суммарный».
Все составляющие измерения рассматриваются как некоррелированные с нормальным
распределением ошибок. Все ошибки взаимонезависимы, ковариация полностью отсутствует.
Таким образом, СПО может быть подсчитана статистически, используя известное правило
переноса ошибок. Отсюда в термине «СПО» появляется слово «перенесенная».
В гидрографической практике и в гидрографических стандартах оценки точности (IHO S-44)
при расчетах СПО разделяется СПО для планового положения и СПО для высотного положения
(глубин). Точность планового положения (accuracy of a position) представляет собой точность
объекта (глубины, СНО и.т.д.) в геодезической системе координат. Точность глубины следует
понимать, как точность глубины, исправленной всеми поправками. При этом необходимо
учитывать точности определения самих поправок. При этом, как правило, точность определения
исправленных глубин на порядок ыше точности планового положения глубин.
На рис.2.1. дано графическое представление СПО
положения точек глубин, измеренных МЛЭ (MBE)
на цифровой модели поверхности морского дна в
виде пространственных (3D) эллипсов ошибок
Рассмотрим теперь
гидрографической
обоснование категорий
съемки
(четыре
категории),
введенные в четвертой редакции стандарта S-44.
Главным
отличием
четвертой
редакции
Стандартов является введение категорий (“orders”)
Рис. 2.1. Графическое представление СПО
положения точек глубин, измеренных ЭМЛ
на цифровой модели поверхности морского дна
В зависимости от категории съемки
гидрографических
важности
района
съемок
их
в
зависимости
проведения
безопасности надводного мореплавания.
назначается допустимая точность определения
планового положения глубины на морском дне и допустимая точность самой исправленной
от
для
- 17 -
глубины. При этом, в отличии от прошлых редакций Стандарта полностью отказываются от
зависимости между точностью гидрографических измерений и масштабом съемки. Все
гидрографические съемки разделены на четыре категории в соответствии с предполагаемыми
пользователями получаемой информации.
В таблице 2.1, которая является сутью четвертой редакции Стандарта в сжатой форме
представлены основные требований по точностным характеристикам четырех нормированных
категорий гидрографической съемки
Резюме минимальных стандартов на гидрографические съемки
Таблица 2.1
Категория
Особая
1
Примеры
Типичных
районов
Гавани, мест
стоянок судов и
связанные с ними
важнейшие
фарватеры с
минимальными
безопасными
расстояниями
Точность
плановой
привязки(95%
доверительной
вероятности)
2м
Точность
исправленных
глубин 95%
доверительной
вероятности
(1)
a = 0,25 м
b = 0,0075
2
3
Гавани, фарватеры
на подходах к
гаваням,
рекомендованные
пути и некоторые
прибрежные районы с
глубинами до 100 м.
Районы, не
описанные в
особой категории и
категории 1, или
районы с или
районы с до 200 м
Морские
районы, не
описанные в
особой
категории или
районы с
категориях 1 и 2
5 м. + 5% глубины
20 м. + 5%глубины
150 м.+
5% глубины
a = 0,5 м
b = 0,013
a = 1 .0 м
b = 0,023
Та же, что и для
категории 2
100%-е обследование дна
Обязательно
(2)
Требуется в
отдельных районах
(2)
Возможно,
требуется в
отдельных районах
Не применяется
Способность
Системы
обнаруживать
препятствие
Кубические
объекты> 1 м
Та же, что и для
категории 1
Не применяется
Максимальное
междугалсовое
расстояние
(4)
Не применяется,
т.к. обязательно
100 % - ое
обследование
Кубические объекты >
2 м на глубинах до 40
м.;10% глубины на
глубинах больше 40
м. (3)
3 средних глубины
или 25 м. в
зависимости от того,
что больше
3-4 средних
глубины или 200 м.
в зависимости от
того, что больше
4 средних
глубины
(1)
Для вычисления предельных погрешностей для точности глубин соответствующие
значения а и b, перечисленные в Таблице , должны быть введены в формулу:
[a2 + (b х d)2] ½,
где a _ константа погрешности глубины, т.е. сумма всех постоянных погрешностей,
b х d _ погрешность, зависимая от глубины, т.е. сумма всех зависимых от глубины
погрешностей,
b _ коэффициент зависимости погрешности от глубины, d _ глубина.
(2) Для целей безопасности мореплавания, для съемок Особой категории и Категории 1 может
считаться достаточным использование точно определенного механического трала, чтобы
- 18 -
гарантировать минимальную безопасную глубину под килем на протяжении всего района.
(3) Значение, равное 40 м, выбрано учитывая максимальную ожидаемую осадку судов.
(4) Междугалсовое расстояние может быть увеличено, если используются процедуры
обеспечения надлежащей плотности съемки.
Специальная или нулевая
категория (Special Order) – специальные наиболее опасные для
судоходства акватории, где глубина под килем проходящих судов минимальна, а характеристики
грунта наиболее опасны в случае касания дна. Эти района национальная гидрографическая служба,
ответственная за гидрографическое обеспечение, определяет самостоятельно. Как правило, глубины на
таких акваториях не должны превосходить 40 м. (максимально возможная осадка современных судов)
Первая категория (Order 1) – для портов, подходных каналов, рекомендованных путей,
прибрежных районов с интенсивным движением судов на акваториях с глубинами менее 100 м.
Вторая категория (Order 2)- акватории с глубинами менее 200 м. не охваченными категориями 1, 0
Третья категория (Order 3) - акватории с глубинами более 200 м. не охваченными категориями 2,1
и 0.
Четвертая редакция стандарта S-44 определяет для каждой их указанных категорий: точность
планового положения (на уровне 95% доверительной вероятности),
точности
глубин (на
уровне 95% доверительной вероятности), требования 100% обследования дна, способность
системы съемки по обнаружению подводных объектов потенциально опасных для навигации
(экзогенных и техногенных), а также максимальную подробность промера. Неопределенность
измерения глубины разделена на две составляющие: постоянную и переменную (зависящую от
глубины).
Квадраты постоянной и переменной составляющих объединяются под квадратным корнем
Определяя неопределенность глубины в метрах в соответствии со следующей формулой:
S = √ [a2+(b•d)2
Где
(2.1 )
a – постоянная составляющая (м), b - безразмерная переменная составляющая
d - измеренная глубина (м).
Величины постоянной и переменной составляющих нормируются для каждой категории съемки
и приведены в таблице 2.1.
Под точностью планового положения понимается точность планового положения объекта (т.е.
точки глубины на дне, СНО и.т.д.) в принятой геодезической системе координат. Плановое
положение глубины, навигационной опасности и других важных подводных объектов должны
определяться с точностями, которые нормируются для каждой категории съемки и приведены в
таблице 2. 1. на уровне 95% доверительной вероятности.
Плановое положение
средств
навигационного оборудования и других важных
объектов
должны определятся с точностями, которые нормируются для каждой категории съемки и
приведены в таблице 2.2. на уровне 95% доверительной вероятности
Таблица 2 .2.
категории
0
1
2и3
Стационарные СНО и объекты 2 m
важные для навигации
2m
5m
Береговая линия
10 m
20 m
20 m
среднее 10 m
10 m
20 m
Плавучие
положение
СНО
- 19 -
Топографические объекты
10 m
20 m
20 m
Точность глубины следует понимать как точность глубины, исправленной всеми поправками.
Все источника ошибок должны быть изучены, определены поправки, исключающие
систематические ошибки, а точность полученных поправок должна быть учтена при получении
СПО (TPE). Допустимая для данной категории съемки ошибка глубины рассчитывается по
формуле (2.1) с учетом значений «a» и «b», приведенных в таблице 2.1.
Рис.2 .2. Графическое представление допустимых точностей исправленных глубин для
категорий: 0-:-2 в соответствии со стандартом S-44, редакция 4.
Рис.2 .3. Графическое представление допустимых точностей планового положения глубин для
категорий: 0-:-2 в соответствии со стандартом S-44, редакция 4.
- 20 -
2.1.2. Пятая редакция Стандарта на гидрографические съемки S-44 (2008) .
После выхода в свет четвертая редакция Стандарта часто подвергалась обоснованной критики и
дискуссия по ее толкованию и необходимости уточнению при подготовке очередной пятой
редакции неоднократно обсуждалась главным образом в зарубежных публикациях.
Основные направления критики S-44 (4) сводились к следующему.
1) Несмотря на декларацию в S-44 (4) того обстоятельства, что гидрографической съемкой теперь
занимается значительно более широкий круг специалистов не связанных с обеспечением
безопасности мореплавания (издания морских навигационных карт), требования необходимой
точности съемки для этих участников морской деятельности были фактически проигнорированы.
2) Термин СПО (TPE) не получил в S-44 (4) необходимого пояснения, что вызвало в дальнейшем
его широкое неоднозначное толкование. Большинство комментариев сводилось к тому, СПО
представляет собой априорную оценку точности планового и высотного положения точки
глубины на дне, рассчитанного с учетом всех составляющих погрешностей и представленного на
уровне 95% доверительной вероятности. При этом указывалось, что грубые погрешности
измерений устранены, систематические погрешности отсутствуют, а случайные погрешности
подчиняются нормальному закону распределения . О том, как поступать с систематическими
погрешностями в Стандарте, не говориться. К примеру, в третьей редакции (S-44, 1987)
упоминается о необходимости выполнения контрольных галсов и
утверждается, что
пересечения, в которых различия глубин превосходят двойную заданную точность (например, 2*
0.3 м. для глубин менее 30 м.) – должны быть особо рассмотрены. Редакция 4 говорит только о
том, что контрольные галсы необходимо выполнять, но ничего не говорит о том, что нужно
делать с результатами сравнения данных в точках пересечения основных и контрольных галсов.
3) Многие нововведения Стандарта S-44 (4) были описаны в самом общем виде без необходимой
детализации и комментариев. Вновь введенные термины не получили должного объяснения, а
ссылки на Гидрографический словарь (S-32), изданный МГО
оказались несостоятельными,
поскольку необходимая терминология в нем отсутствовала.
4) По мнению ряда авторов в Стандарте S-44 (4) не удалось учесть все те преимущества, которые
предоставляет современная площадная съемка рельефа дна.
Использование многолучевых
эхолотов (МЛЭ) было представлено в самом общем виде без конкретных рекомендаций и
пояснений. В частности остались нераскрытыми такие вопросы, как ширина полосы обзора,
необходимое
перекрытие
смежных
полос
обзора,
совместное
использование
МЛЭ
и
гидролокатора бокового обзора (ГБО), применение авиационных лазерных батиметрических
систем (LIDAR).
Вместе с тем, введение четвертой редакции Стандарта S-44
явилось значительным
событием в современной электронной гидрографии. Новая концепция, связанная с введением
категорий съемки и отказ от сопоставления точности планового положения глубин с масштабом
планшета, несомненно, открыло новую страницу для всех направлениях гидрографической
деятельности. Достаточно упомянуть, что многочисленные национальные нормативные
документы, касающиеся разных сторон гидрографической деятельности, приняли эту новую
концепцию . Требования по обнаружению объектов не дне стимулировали разработчиков к
созданию новейших образцов акустической аппаратуры для площадной съемки и выполнению
- 21 -
многочисленных
натурных
экспериментов,
подтверждающих
Стандарту S-44 (4). Все это в конечном итоге
возможность
соответствия
способствовало созданию МЛЭ четвертого
поколения.
Работа над новой пятой редакций Стандарта S-44 началась в 2006 году. Для формирования
проекта была сформирована рабочая группа в составе 32 экспертов. В сентябре 2007 года в
Финляндии было проведено очередное заседание рабочей группы и принят проект, который был
разослан всем странам членам МГО с целью внесения замечаний и предложений.
Первоначально предполагалось, что новая редакция S-44 (5) должна была давать ясные
указания для выполнения гидрографических работ не только для целей составления морских
карт, но и обеспечения другой морской деятельности. Однако, эти надежды не оправдались. В
действительности S-44 (5), по-прежнему, представляет собой Стандарт для съемок только в
интересах безопасности надводного мореплавания, о чем теперь четко заявлено.
Рубрикация проекта S-44 (5) соответствует четвертой редакции. Однако, по сравнению с
четвертой редакцией в проект S-44 (5) внесен ряд существенных изменений.
Основные изменения в проекте S-44 (5) сводятся к следующему.
1) Убрана 3-я категория съемки по S-44 (4), для районов с глубинами свыше 200 м.
2) Количество категорий съемки сохранено, их 4, однако, бывшая первая категория по S- 44(4)
разбита на два: 1а и 1 b. Для категории «1а» предусматривается полное обследование дна, а для
категории «1b» данное требование отсутствует.
3) Особая категория съемки (нулевая) в отличие от категории «1а» не связывается более
с характеристикой донного грунта, потенциально опасного для судов в случае касания дна.
4) В дополнение к термину СПО (TPE) вводится подразделение суммарной перенесенной
ошибки на плановую ( Total Horizontal Uncertainty =THU) и высотную (Total Vertical
Uncertainty =TVU). При этом термин « Error » (ошибка) заменен более «модным» новым
термином «Uncertainty» (неопределенность).
5) В состав пятой редакции S-44 вводится Словарь (Glossary), поясняющий используемую
терминологию. В дальнейшем термины из данного словаря планируется включить в
специальную публикацию МГО S-32 .
6) Введены два приложения: «A» «Руководство по контролю качества» и «B»: «Руководство
по обработке данных». В дальнейшем приложения «A» и «B» планируется включить в
Учебник по гидрографии МГО - публикация М-13.
Ряд ранее использованных в S-44(4) понятий получил четкие объяснения. Упоминавшийся в S44(4) термин «батиметрическая модель» (bathymetry model) после долгих дебатов между членами
рабочий группы в проекте S-44(5) все же сохранен. Однако, его взаимосвязь с обще известным
термином: цифровая модель рельефа (DTM) не раскрыта. Зато появился новый важный термин:
«Uncertainty Surface» (поверхность неопределенностей).
В таблице, которая является сутью проекта пятой редакции Стандарта S-44, в сжатой
форме представлены основные требований по точностным характеристикам новых четырех
категорий гидрографической съемки. При этом таблицы 1 и 2 S-44 (4) объединены в одну.
- 22 -
Таблица 2.3.
N
1
2
3
Категория
съемки
Описание
районов
1a
1b
2
Гавани, фарватеры
на подходах к
гаваням, рекомендо
ванные пути и
некоторые
прибрежные районы с
глубинами менее 100
м.
Гавани, фарватеры
на подходах к
гаваням, рекомендо
ванные пути и
некоторые прибрежные районы с глубина ми менее
100 м.
Морские районы,
не описанные в
особой категории
или районы
с категорией 1
5 м. + 5%
глубины
5 м. + 5%
глубины
20 м.+ 10 %
глубины
a = 0,25 м
a = 0,5 м
a = 0 .5 м
a = 1 .0 м
b = 0,0075
b = 0,013
b = 0,013
b = 0,023
Особая
Гавани, мест
стоянок судов и
связанные с ними
важныефарватеры
с минимальными
безопасными
расстояниями
Точность
плановой
привязки(95%
доверительной
вероятности)
Точность для
исправленных
глубин с 95%
доверительной
вероятностью
2м
4
Полное
обследо-вание
дна
требуется
требуется
Не требуется
Не требуется
5
Обнаружение
объектов
Кубические
объекты> 1 м
Не применяется
Не применяется
6
Максимальное
междугалсовое
расстояние
Не применяется
т.к. обязательно
100 % - ое
обследование
Кубические объекты >
2 м на глубинах до 40
м.
10% глубины на глу
бинах больше 40 м.
Не применяется,
т.к. обязательно
100 % - ое
обследование
3 средних глубины
или 25 м. в
зависимости от
того, что больше
4 средних
глубины или
200 м.
в зависимости от
того, что больше
7
8
9
1
0
Стационарные
СНО и важные
для навигации
объекты с 95%
доверительной
вероятностью
2 м.
2 м.
2 м.
5 м.
Естественная
береговая
линия с 95%
доверительной
вероятностью
10 м.
20 м.
20 м.
20 м.
10 м
10 м
10 м
20 м
10 м.
20 м.
20 м.
20 м.
Среднее
положение
плавучих СНО
с 95%
доверитель.
вероятностью
Положение
топографически
х объектов с
95%
доверительной.
вероятностью
Комментарии к строкам 1-10 таблицы.
Строка 1: Примеры типичных районов описывают акватории к которым применяются
категории съемки
- 23 -
Строка 2:
Точность плановой привязки перечисляет
точности, которые должны быть
достигнуты для каждой из категорий съемки. Достижение указанных точностей должно быть
продемонстрировано путем расчета величины «THU» (Total Horizontal Uncertainty) – суммарной
горизонтальной погрешности (СГП)
Строка 3:
Точность глубины, имея ввиду исправленную глубину, задает точности, которые
должны быть достигнуты для каждой из категорий съемки. Параметры а и b, перечисленные в
Таблице, и глубина d
должны быть введены в формулу для расчета допустимой точности:
[a2 + (b х d)2] ½,
где a -
константа погрешности глубины, т.е. сумма всех постоянных погрешностей которые
не изменяются с глубиной; b х d - погрешность, зависимая от глубины, т.е. сумма всех
погрешностей зависимых от глубины; b d -
коэффициент зависимости погрешности от глубины;
глубина.
Достижение допустимой точности исправленной глубины должно быть продемонстрировано
путем расчета величины «TVU» (Total Vertical Uncertainty) –
суммарной вертикальной
погрешности (СВП)
Строка 4:
Термин «Полное обследование дна » (Full Bottom Search) указывает, что было
выполнено обследование (Search) всего дна в целях обнаружения большинства объектов,
указанных в таблице с использованием соответствующих: системы, методики съемки и
персонала. Данный термин введен в качестве признания факта, что, строго говоря, невозможно
добиться «100 % акустического освещения» дна или так называемого «100% батиметрического
покрытия». (Использование этих терминов не одобряется).
мореплавания
В целях обеспечения безопасного
при выполнение съемок 0 и 1а категорий может считаться достаточным
применение механического (гидрографического) траления с целью установления минимальных
лимитирующих глубин.
Строка 5: Обнаружение объектов. Стандарт задает размеры объекта, которые должны быть
обнаружены в процессе выполнения съемки. Необходимо отметить, что 100 % обнаружение
объектов никогда не может быть гарантировано. Имеется ввиду, что когда требуется «Полное
обследование дна» съемка должна выполняться с использование такой системы (включая
методику и персонал), которая способна обнаруживать объекты указанного размера с
уверенностью, что такие объекты будут установлены с приемлемой (reasonable) вероятностью.
Величина глубины в 40 м выбрана с учетом максимальных ожидаемых размеров осадки судов.
Строка 6: Междугалсовые расстояния могут быть увеличены, если используются процедуры,
гарантирующие адекватную плотность глубин (см.п.3.6 S-44). Термин «Максимальное
междугалсовое расстояние» следует интерпретировать следующим образом:
- междугалсовое расстояние для однолучевого эхолота (ОЛЭ);
- расстояние между краями используемых полос обзора (useable outer limits of
swaths) для систем площадной съемки.
В целом по проекту S-44 (5) могут быть даны следующие комментарии.
2.1.2.1. Контроль качества линейных и площадных съемок.
Руководство по контролю качества при выполнении съемок с ОЛЭ и МЛЭ по сравнению с
S-44 (4) существенно улучшены. В приложении «А» (Guidelines for Quality Control) даны
подробные указания по контроль качества съемок с ОЛЭ, МЛЭ и эхотралам (ЭТ), но ничего не
упоминается про ГБО.
Для МЛЭ контроль качества предусматривается только путем анализа
- 24 -
по пересечениям полос обзора. По нашему мнению, нельзя проверять МЛЭ на точность только
пересечением полос обзора, ввиду того, что внутри полосы обзора точность глубин различна. Не
предусматривается одновременное использование и контроль данных ОЛЭ и вертикального луча
МЛЭ при условии сопоставимости характеристики направленности луча ОЛЭ и МЛЭ и
совместного размещения акустических антенн. Рекомендации по оценке точности съемок
требуют дополнительной детализации. Априорная оценка точности необходима на этапе
проектирования и выполнения работ. Апостериорная оценка точности, получаемая в результате
статистического анализа глубин после выполнения съемки, должна являться основой для оценки
качества и соответствия предписанной категорией. Целесообразно выполнять сравнение
апостериорной точности с допустимой точностью глубин по заданной категории съемки с
площадным анализом с целью установления факта выполнения требований заданной категории
съемки. Допустимые точности для средств площадной съемки на глубинах свыше 100 м.,
актуальные для инженерных приложений, лучше изложены в Руководстве IMCA [9] на которое в
S-44 (5) следовало бы дать ссылку.
2.1.2.2. Подтверждение категории съемки и возможные допуски.
Было бы целесообразно рассмотреть возможность введения нового критерия - возможных
допусков на соответствие заданной категории.
Дело в том, что на практике не все 100%
отснятой площади акватории могут соответствовать заданной категории съемки. Поэтому при
приемке работ не стоит быть категоричным, требуя, чтобы все 100% соответствовали бы
предъявляемой категории. Надо дать возможность заказчику принимать съемку по заданной
категории, когда только определенный процент общей площади съемки ей соответствует.
2.1.2.3. Требования к позиционированию.
.Несмотря на радикальный прогресс позиционирования в удаленных районах, благодаря
внедрению таких систем как: C-Nav, Skyfix XP, Starfix XP, SeaStar XP VeriPos, по прежнему,
требования к определению планового положения для 2-ей категории съемки остаются очень
низкие. Это сдерживает возможности трехмерном позиционировании и в частности определении
геодезической высоты в вариантах, как относительного (Real Time Kinematic= RTK ), так и
абсолютного позиционирования (Precise Point Positioning =PPP). Конкретные указания по
использованию СРНС для определения поправок уровня при использовании RTK /PPP
технологий в проекте нового Стандарта пока отсутствуют.
2.1.2.4. Цифровые моделей рельефа и батиметрические модели.
В проекте S-44 (5) оставлено понятие «Батиметрическая модель», а рассмотрение возможности использования цифровых моделей рельефа (ЦМР)= DTM (Digital Terrain Model) рабо- чей
группой отложено. Новые гидрографические технологии, такие как CUBE (Combined Uncertainty
and Bathymetric Estimator) не нашли должного отражения в пятой редакции, несмотря на то что в
гидрографической службе США (NOS NOAA) данная технология принята в качестве
нормативной [10]. Введение понятия «Uncertainty Surface» не проясняет ситуацию, поскольку оно
никак не связывается с «батиметрической моделью».
Оценка точности глубин и координат по-прежнему рассматриваются в контексте отдельных
глубин, что актуально для ОЛЭ, но во многом теряет смысл при использовании площадной
съемки рельефа дна в мелком море, предполагающей очень высокую плотность данных.
В S-44 (5) целесообразно было бы рассмотреть и требования по архивации данных, собираемых
для картосоставления с помощью площадных средств съемки подводного рельефа с таким
- 25 -
расчетом, чтобы их в последствии могли бы использовать и другие специалисты, связанные с
морской деятельностью, работа которых предполагает необходимость получения детального
микрорельефа.
2.1.2.5. Гармонизация проекта пятой редакции S-44 с другими документами МГО.
Оценка точности съемки в S-44 (5) по-прежнему, не связывается с зонами доверия (ZOC),
которые обозначены в Стандарте S-57. Этот вопрос, подробно изложенный в, был рассмотрен
рабочей группой, но не нашел своего разрешения в данной редакции.
Нет взаимосвязи между точностью съемки, полнотой исходной информации о рельефе,
полученной в процессе съемки и соответствующим набором метаданных на основе которых
другие пользователи, предъявляющие особые требования к конечному продукту съемки, могли
бы использовать ее результаты в своих целях. В проекте S-44 (5) только указано, что
требования к метаданным будет основываться на информации, изложена в документе S-100
(International Hydrographic Organization Special Publication No 100 «Discovery Matadata Standard»
) который должен выйти в свет в конце 2007 г.
2.1.2.6. Дистанционное зондирование донного грунта
Требования, связанные с дистанционным анализом донного грунта с использованием
данных ОЛЭ, МЛЭ и ГБО, фактически остались на уровне S-44 (4). Таким образом, вопросы
касающиеся дистанционного анализа грунтов в Стандартах фактически не разработаны, хотя
такие технологии уже имеются и успешно используются многими фирмами по всему миру.
2.1.2.7. Гидрографические аспекты определения внешней границы континентального шельфа
(ВГКШ).
В новом Стандарте S-44 (5) необходимо включить раздел, касающийся гидрографических
аспектов определения ВГКШ.
В техническом документе Комиссии по границам
континентального шельфа Конвенции ООН по морскому праву (UNCLOS) при обосновании
точности батиметрической съемки дается ссылка на S-44 (4). Вместе с тем, Стандарт S-44 не
предназначался для батиметрических съемок на глубинах более 2000 м., где располагаются
подножие континентального склона и изобата 2500 м. Применение точностных критериев S-44
к съемкам, выполняемым в интересах ВГКШ неминуемо ведет к необходимости использования
площадных средств съемки рельефа, обесценивая тем самым имеющиеся на эти акватории
батиметрические материалы прошлых лет.
2.1.2.8. Новые термины, впервые появившиеся в проекте S-44 (5).
Появились новые очень актуальные термины:
- «гарантирование качества» (quality assurance)
- «практический опыт гидрографа» (surveyors’ skills);
- «проверочные процедуры» (qualification procedures) и ряд других.
Все эти термины планируется перенести в новое издание Словаря МГО - S-32 .
По содержанию пятой редакции можно сделать следующие общие выводы.
1.
Надежды на S-44 (5), как на документ, поясняющий минимальные требования при
использовании площадных средств съемки рельефа дна для различных направлений
гидрографической деятельности не оправдались.
Проект пятая редакция представляет собой во
многом компромиссный вариант, который, как правило, и получается, когда в рабочей группе
собираются специалисты, имеющие разные подходы к решению новых проблем.
- 26 -
2. Полезным и актуальным является идея о необходимости гармонизации S-44 (5) с другими
документами МГО, такими как: S-57, S-100, S-32 и М-13. Идея декларирована и, будем,
надеется, что со временем будет выполнена.
3. Впервые в гидрографический обиход вводится международная земная система отсчета ITRF
( International Terrestrial Reference Frame ) однозначно связанная с WGS84. При этом,
рекомендуется фиксировать нули глубин в этой геоцентрической системе координат.
4. Значительно большее внимание уделено использованию МЛЭ. Одним из свидетельств этого
является то, что добавлена категория 1а с требованием полного обследования дна.
Однако, при этом не делается различия между 0 и 1 категорией с точки зрения опасности,
которое дно представляет для судов (в редакции 4 «жесткое дно» - галька, скальный грунт и
валуны было для нулевой категории , а для категории 1 – «мягкое дно» -песок, глина, ил).
5. Четко оговорена максимальная глубина 40 м. для особой категории съемки. Также четко
оговаривается, что 100% акустическое покрытие дна для категорий 0 и 1 «а» практически
недостижимо. Это имеет важно практическое значение, так как подтверждает необходимость
обязательного использования наряду с новейшими акустическими средствами площадного
обследования, гидрографического траления для наиболее ответственных участках акватории
(порты, подходные каналы с лимитирующими глубинами и. т. п. ).
6. Взамен параметра: TPE (S44/4) вводится TPU и дополнительно два других: THU и TVU.
Вместе с тем, отсутствует четкая методики определения величины THU и указаний на то,
являются ли они априорными или апостериорными оценками точности.
7. В проекте S-44 (5) впервые упоминается важность следующих мероприятий: калибровки; сбор
данных; проверочных процедур (qualification procedures); практического опыта гидро- графа
(surveyors’ skill). Данные указания признают актуальность специальной подготовки современных
гидрографов в соответствии с документами МГО [14].
В целом проект пятой редакции S44 является хорошо сбалансированным документом,
отражающим современный уровень развития электронной гидрографии, и он может быть принят
в качестве минимального Стандарта для гидрографических съемок в интересах создания морских
навигационных карт на ближайшие пять лет.
В завершение в качестве рекомендации хотелось бы высказать следующее предложение.
Ввиду краткости изложения и многочисленных ссылок на другие документы МГО было бы
целесообразно после официального приятия пятой редакции дополнительно подготовить
«Комментарии к Стандарту S-44 (5)» в котором более детально и подробно раскрывать
содержание отдельных его положений.
Введение в действие пятой редакции Стандарта S-44 является стимулом для разработки
нового отечественного нормативного документа по съемке подводного рельефа в интересах
безопасности мореплавания и использования природных ресурсов.
2.2 Другие стандарты гидрографической съемки.
2.2.1 Стандарт Международной ассоциации исполнителей морских работ (IMCA).
Международная ассоциация исполнителей морских работ (The International Marine
Contractors Association =IMCA)
в 2006 году выпустило Руководство S 003 специально
предназначенной для нормирования использования ЭМЛ при проведении морских инженерных
съемок,. Этот документ во многом основывается на четвертой редакции стандарта S-44. Однако
- 27 -
IMCA была вынуждена создать собственное руководство, потому что стандарт S-44 в основном
предназначается
для
гидрографической
деятельности,
направленной
на
составление
навигационных карт в интересах безопасности мореплавания и в меньшей степени соответствует
целям и задачам, решаемым при выполнении гидрографического обеспечения морских
инженерных съемок (offshore surveys). Руководство IMCA как раз направлено на создание
карт,необходимых для морских инженерных приложений, в первую очередь для проектирования,
строительства
и
эксплуатации
морских
сооружений,
обеспечивающих
добычу
и
углеводородного сырья на морском дне.
В соответствии с классификацией IMCA при проведении морских инженерных работ съемки
на морских акваториях подразделяются на четыре категории.
Первая категория – полигонная съемка для морских инженерных целей с высокоточным
определением свойств морского дна, необходимых для установки буровых и других платформ,
детальные съемки для гидротехнического строительства, сооружение портов и гаваней,
дноуглубление и прибрежное строительство; съемки до глубин 200 м. с точностью, аналогичной
точности нулевой категории IHO S-44
Вторая категория - полигонная съемка: для
морских инженерных целей с
менее высокими
требованиями, чем съемка 1-ой категории, разведка маршрутов, съемки подводных препятствий,
прибрежная морская съемка, глубоководная геофизическая и инженерная съемки; съемки до
глубин 500 м., с точностью в 1.5 ниже, чем особая категория IHO S-44
Третья категория - стандартная батиметрическая съемка: для обеспечения прокладки кабелей
на континентальном шельфе, картографирование дна, обеспечение прокладки подводных
трубопроводов; съемка до глубин 750 м. с точностью в 2 раза ниже, чем особая категория IHO
S-44
Четвертая категория – разведочная съемка: для обеспечения прокладки глубоководных кабелей
, картографирование дна, делимитация границ на континентальном шельфе; съемка глубже 200 м.
с точностью в 2.5 ниже, чем особая категория IHO S-44
Суммарные данные по категория съемки, предлагаемым в руководстве IMCA, приведены в
таблице 2. 3.
Таблица 2.3.
Категории
1
2
3
4
2 m + 2% от
глубины
5 m + 5% от
глубины
10 m + 5% от
глубины
50 m + 5% от
глубины,
(глубже 200 m)
Составляющие
для
расчета
допустимой
ошибки глубины
a = 0.250 m
b = 0.00750
a = 0.375 m
b = 0.01125
a = 0.500 m
b = 0.01500
a = 0.750 m
b = 0.01875
Перекрытие
полос
150%
125%
100%
100%
Точность
плановой
привязки
95% дов.вероят
2.2.2. Инструкции по гидрографической съемки, подготовленной корпусом морских инженеров
США
В США большинство гидрографов, выполняющих гидрографические работы на внутренних
водных путях, в портах и мелководных прибрежных акваториях, а также съемки рельефа для
- 28 -
целей обеспечения дноуглубительных работ, пользуются нормами по точности, приводимыми в
третьей главе документа EM 1110-2-1003 – это инструкции по гидрографической съемки,
подготовленная корпусом морских инженеров США (US Army Corps of Engineers) кратко
именуемого USACE.
На рис. 2.5. представлены графики, суммирующие минимальные точностные требования
документов S-44 и EM 1110-2-1003, удобные для обсуждения вопроса определения ошибок
глубин. В приведенной таблице 2.3. представлены минимальные стандарты для трех категорий
гидрографической съемки в соответствии с Инструкцией USACE. Эта таблица, составленная на
основе таблицы 3-1 взятой из инструкции EM 1110-2-1003,
немного изменена, для того чтобы
было удобнее выполнять сравнение с требованиями стандарта S-44.
Стандарт гидрографической
съемки USACE в части
требований к точности глубин в
значительной степени
повторяет
стандарт
IHO.
Действительно, требования по
точности исправленных
глубин для категории
«твердый грунт» (Hard Bottom)
в
стандарте USACE
приблизительно соответствуют
»особой категории» съемки
стандарта S-44, категория
«мягкий грунт» (Soft Bottom) -
Рис.2.5. Сравнение графиков распределения точностей исправленных
соответствует первой категории
глубин (на уровне 95% доверительной вероятности) в
зависимости от глубины для стандартов IHO и USACE
Стандарта S-44.
Съемки, относящиеся к категории «другие съемке не для навигационных нужд» (Other NonNavigation Surveys), выполняются в основном для целей инженерного изучения акваторий, таких
как съемки: водохранилищ (reservoir surveys),
прибрежных зон (beach surveys),
подводной части гидроузлов (hydraulic studies) и.т.д.
изучение
Инструкция USACE представляет
собой важный и нужный документ, для каждого гидрографа, регламентирующий проведение
всех указанных видов съемок.
Графики зависимости точностей исправленных глубин (на уровне 95% доверительной
вероятности) от глубины для стандартов IHO (S-44) и USACE (EM1110-2-1003) представлены
на рис.2.5. В отличие от морской гидрографии корпус морских инженеров не проводит съемки
на глубинах более 25 м., поэтому графики на рис.7.3 ограничены глубиной 30 м. Из рисунка 2.3.
видно, что Стандарт S-44 создает плавные кривые точностей исправленных глубин, в то время,
как в соответствии со стандартом EM1110-2-1003 эти кривые имеют ступенчатую форму.
сравнении минимальных требований для съемок «особой» категории (S-44) со съемками на
«твердом грунте» (EM1110-2-1003) заметно, что точностные требования USACE для малых
глубин более высокие (трудные).
При
- 29 -
Таблица 2.4.
Классификация съемки
Съемки для обеспечения безопасности мореплавания и выполнения дноуглубительных работ
Твердый грунт
(Hard Bottom)
Точность плановой
привязки на уровне 95%
доверительной
вероятности
Результирующая точность глубины (D) на
уровне 95% доверительной вероятности (м)
Мягкий грунт
(Soft Bottom)
5 m
2 m
< 2 m
другие съемке не для
навигационных нужд
(Other Non-Navigation
Surveys)
D < 4.6
±
0.15
4.6 <D< 12.2 ±
0.3
D > 12.2
±
0.3
D < 4.6
±
0.15
4.6 <D<12.2 ± 0.3
D > 40'
± 0.6
D < 4.6
±
0.3
4.6 <D< 12.2 ±
0.6
D > 12.2
±
0.6
100% обследование дна
(100% Bottom Search)
Требуется
Не требуется
Не требуется
Способность системы
обнаруживатьобъекты:
-минимальный размер
объекта;
-минимальное количество акустических
контактов ( hits);
Минимальная
подробность
промера
Объект в виде куба с
ребром 0.5 м. и 3
акустических контакта
Объект в виде куба с
ребром 1 м. и 3
акустических контакта
Не применяется
Не применяется, т.к.
100% -ое механическое
или акустическое
обследование дна
обязательно
Не должно
превосходить 61 м.
(200 футов)
Не должно превосходить
152 м.
(500 футов)
Графики показывают, что требования у USACE к точности глубин на «твердом» и «мягком»
грунте хорошо коррелируют с требованиями IHO для «особой» и первой категории съемок
соответственно.
В настоящее время оценка априорной точности планового положения и исправленных
глубин реализована в версии 2008 ЭГИС HYPACK MAX и начиная с версии 7.2. ЭГИС QINSy .
2. 3
Анализ наиболее распространенных электронной гидрографической информационной
системы (ЭГИС) на предмет соответствия требованиям Международных стандартов
2.3.1. Электронная гидрографическая информационнаясистема QINSy
В электронной гидрографической
информационной системы QINSy (v.7.2 и выше)
реализованы четыре модуля для расчета СПО (TPE) для точек на цифровой модели поверхности
(DTM). Если геодезическая высота объекта (судна) задана как «ненадежная» (unreliable) то драйвер
«высотной поддержки » начнет в реальном масштабе времени рассчитывать стандартное отклонение
(SD) высоты обсервации, используя все составляющие погрешности, которые определят суммарную
ошибку высоты. Если в качестве «объекта» выступает судна, то величина стандартного отклонения
высоты будет изменяться в зависимости от вертикального перемещения на волнении. После этого
модуль уравнивания данных рассчитает полную ковариационную матрицу, включая
ошибки
планового положения, высоты и ошибки смещений антенны. Далее навигационный фильтр внесет
дополнительный вклад от калмановской фильтрации, касающийся
погрешностей синхронизации
времени, а также определения путевого угла и путевой скорости. И тем самым уточнит параметры
ковариационной матрицы. Затем модуль оценки точности МЛЭ (MultiBeam) использует данные
- 30 -
полученной ковариационной матрицы, взяв из нее величину СПО горизонтального и вертикального
положения излучающей антенны, и сформирует собственную ковариационную матрицу положения
точек с рассчитанными глубинами на дне с учетом точности измерений наклонных дальностей и углов
лучей. В результате для каждой точки поверхности цифровой модели дна имеем СПО планового и
высотного положения, которые наиболее наглядно представляются в виде пространственного эллипса
ошибок (см.рис.2.1.)
Полученные величины СПО могут быть ассоциированы с блоками
данных МЛЭ в
соответствии с рекомендациями стандартов IHO S-44 и IMCA, могут быть визуализированы в модуле
оценок (Validator), а также использованы как весовые коды при заполнении матрицы оценок глубин
для обеспечения возможности визуализации качества работы ЭМЛ на данной акватории.
При начальной установки базы данных промера необходимо ввести реалистические априорные
стандартные отклонения (величины 1-σ, с 68% доверительной вероятностью) для всех параметров,
вносящих вклад в формирование СПО точек цифровой модели поверхности морского дна.
Помимо априорных стандартных отклонений, необходимо уточнить некоторые параметры МЛЭ,
такие как: ширина луча и минимальный угол управления лучем (для плоской приемной антенны). В
программе для всех значений стандартных отклонений параметров используются значения, принятые
по умолчанию, в случае, если оператор введет величину нуль или если будет загружена старая версия
базы данных, созданная в ранних версиях пакета программ QINSy.
В пакете программ QINSy используется удобная визуализация системы площадной съемки.Величины
СПО (TPE) для следов лучей на дне рассчитывается в модуле МЛЭ (MultiBeamer).
Визуализация СПО следа луча на дне осуществляется в окне «TPE Swath System Display» (Окно
графического отображения
следов лучей
на дне в полосе обзора МЛЭ), изображенном на
рис.2.8. Для этого в окне «Echosounder Options’» (Окно установок свойств отображения данных
МЛЭ) следует задать опцию «Show Total Propagated Error». Вид графического изображения СПО
(TPE) задается в окне «View Properties’». Пользователь может отметить пункты «show vertical
(depth ) error» и «show horizontal (position)error» и далее задать вид графического изображения.
На рис.2.7 выбран вид отображения в виде эллипса (включена радиокнопка «show as elips»)
Кроме того, в окне «View Properties’» можно задать установку для отображения СПО для каждого
N-го луча посылки МЛЭ, а также для каждого N-го качественного луча посылки.
В результате заданных на рис.2.6А и 2.6 Б
установок окно графического отображения следов
лучей на дне в полосе обзора ЭМЛ предстанет в виде, изображенном на рис.2.7.
Рис.2.6.А Окно установок свойств
отображения данных МЛЭ
Рис.2.6.Б. Окно установок свойств графического
отображения уммарной перенесенной ошибки (СПО)
- 31 -
Рис.2.7. Окно графического отображения следов лучей на дне в полосе обзора ЭМЛ
Практическое использование СПО при проведении съемки с многолучевым эхолотом.
Всесторонняя оценка точности комплекса: «навигационная система носителя –МЛЭ» позволяет
решать важный для гидрографической практики вопрос, заключающийся в определении
«гидрографической» ширины полосы обзора МЛЭ для требуемой категории съемки.
«Гидрографической» шириной полосой обзора МЛЭ мы будет считать полосу такой ширины, в
пределах которой СПО планового и высотного положения точек глубин на цифровой модели
поверхности дна находятся в пределах величин, допустимых для данной категории съемки для
соответствующих глубин. В пакете программ QINSy эта важная для гидрографической практики
задача решается в реальном времени очень элегантно и просто.
стандарт выполнения съемки (IHO
Пользователю следует задать
S-44 или IMCA) и далее выбрать ту категорию съемки, на
выполнение которой он претендует. Графическое отображения следов лучей на дне в полосе
обзора ЭМЛ без блокировки CПО представлен на рис.2.8
После этого остается включить функцию блокировки «TPE Blocking On »
При
этом графическое отображения
следов лучей
на дне в полосе обзора МЛЭ
станет
«гидрографическим» и предстанет в виде, изображенным на рис.2.9
Очевидно, что полоса обзора сузилась, зато полученные точки с глубинами будут обеспечивать
построение цифровой модели поверхности морского дна с точностью, соответствующей
заявленной категории гидрографической съемки по принятому стандарту.
Рис.2.8 Графическое отображения следов лучей на дне в полосе обзора без блокировки CПО
- 32 -
Рис.2.9. Графическое отображения следов лучей на дне в «гидрографической» полосе
обзора МЛЭ (с введением блокировки CПО)
Использование данной технологии позволяет в реальном времени корректировать проект съемки
с МЛЭ, выдерживать заданное перекрытие «гидрографических» полос обзора и тем самым
снижать затраты судового времени на проведение съемки и снижать затраты на ее проведение.
Тем самым, обеспечивается окупаемость затрат на приобретение данной гидрографической
технологии, не имеющей на сегодняшнее время аналогов в мировой практике.
2.3.2. Электронная гидрографическая информационная система HYPACK MAX
В текущей версии гидрографической информационной системе HYPACK MAX (2008.)
расчет величины TPE для каждой исправленной глубины реализован.
Вместе с тем в ЭГИС HYPACK MAX пользователю предоставлена возможность создания файла
Метаданных в соответствии с правилами, регламентированными американским стандартом на
методанные «Content Standard for Digital Geospatial Metadata» (CSDGM). Создание файла
метаданных автоматизировано, пользователь должен отвечать на запросы, выдаваемые системой.
Таким образом, можно констатировать, что электронная гидрографическая информационная
система QINSy
(v.7.2 и выше)
соответствует
требованиям
SP-44/4 в части вычисления и
регистрации параметров оценки точности на уровне 95% доверительной вероятности. При этом в
полной степени реализована концепция СПО при оценки точности результатов промера с
однолучевыми и многолучевыми эхолотами. Однако, автоматизированное создание метафайлов в
ЭГИС QINSy не обеспечено. Следовательно, ЭГИС QINSy не в полной мере соответствует
требованиям SP-44/4
Электронная гидрографическая информационная система HYPACK (v.4.3.и выше) соответствует
требованиям SP-44/4 только в части автоматизированного создания метафайлов. Вычисление и
регистрация параметров оценки точности на уровне 95% доверительной вероятности пока что не
выполняется, ровно, как и расчеты СПО. Следовательно, ЭГИС HYPACK лишь в малой степени
соответствует требованиям SP-44/4, однако, по заявлениям разработчиков в следующих версия
пакета этот недостаток будет преодолен.
В электронной гидрографической информационной системе HYDRO Pro (v.2.3) не реализована
концепция СПО, не выполняются расчеты оценки точности результатов промера и не создается
файл метаданных. В этой связи можно утверждать, что данная ЭГИС не соответствует
требованиям SP-44/4.
- 33 -
Список рекомендованной литературы к главе 2
1. IHO Standards for Hydrographic Surveys, International Hydrographic Organisation, Special
Publication No 44, 4th Edition, 1998, 23pp.
2. David E Wells, David Monahan. IHO S44 Standards for Hydrographic Surveys and the
Variety of Requirements for Bathymetric Data. Lighthouse, Fall/Winter Edition, 2001, Edition
No. 60, Journal of the Canadian Hydrographic Association, pp.31-39
3. David Monahan. Variable errors and fixed boundaries: the role of deep echo-sounding in the
United Nations Convention on Law of the Sea (UNCLOS). Lighthouse, 2001, No. 59, Journal of
the Canadian Hydrographic Association, pp17-23.
4. Stephen MacPhee, Robert Hare. S-44 And Multibeam Echosounding. Lighthouse, 2003, No.64
Journal of the Canadian Hydrographic Association, -P. 11-16
5. Фирсов Ю.Г.. К вопросу о нормативных документах для выполнения гидрографических
работ. «Навигация и гидрография» 2007, –В.23, -С. 97-107
6. IHO Hydrographic Dictionary. Part 1, Volume 1.English. International Hydrographic
Organisation, Special Publication No 32, 5th Edition, 1994, 280 pp.
7. IHO Standards For Hydrographic Surveys (S-44), Draft 5-th Edition 03 November 2007, -P.28
8. IHO Manual on Hydrography. International Hydrographic Bureau, Monaco, Publication M-13,
1-st Edition, 2005, -P. 511.
9. Guidelines for the use of multibeam echosounders for offshore surveys. IMCA S003.May, 2006.
10. NOS Hydrographic Survey Specifications and Deliverables. NOAA, 2006, - P.119.
11. IHO Transfer Standard For Digital Data , International Hydrographic Organisation, Special
Publication No 57, Edition 3.0/3, 1996, 63 pp.
12. Фирсов Ю.Г. Современная гидрография и морские электронные карты. Геодезия и
картография 2006, -В.11, -С. 25-32.
13. United Nations, 1999. Scientific and Technical Guidelines of the Commission on the Limits of
the Continental Shelf. UNCLOS document CLCS11, 13 May 1999, -Р. 91.
14. IHO Standards Of Competence For Hydrographic Surveyors. International Hydrographic
Organisation. Publication M-5. Ninth Edition, updated 2007, -P. 57
- 34 -
Глава 3. Электронных гидрографических информационных систем
3.1. Краткое описание ЭГИС HYPACK
Примером универсальной ЭГИС , предназначенной, в основном, для проведения инженерных
изысканий, прибрежных промерных работ и обеспечения мониторинга участков
дноуглубительных работ является семейство программных продуктов HYPACK американской
компании HYPACK . В совокупности с датчиками информации (эхолоты, приемники
спутниковой навигационной системы, гирокомпасы, лаги и т.д.) программное обеспечение
HYPACK может образовывать ЭГИС , различного уровня интеграции. Наиболее полная
система - HYPACK MAX обеспечивает полный технологический цикл гидрографической съемки,
включая проектирование съемки, выполнение съемки в реальном масштабе времени,
редактирование зарегистрированной информации и окончательную обработку и представления
результатов.
В целом программное обеспечение семейства HYPACK может использоваться для решения
следующего круга задач:
•
обслуживания всех этапов съемки, начиная с плана съемки и заканчивая батиметрическими
картами и оценками объемов дноуглубления с выдачей карт и отчетов – HYPACK MAX,
•
проведения полного цикла съемки с многолучевым эхолотом – HYSWEEP,
•
поддержка дноуглубительных работ в реальном времени – DREDGEPACK,
Большим преимуществом программного обеспечения HYPACK MAX, выгодно отличающим его
от других систем аналогичного назначения, является поддержка большого количества форматов
картографических подложек (всего девять) включая морские электронных карты (растровые и
векторные), цифровые форматы наиболее популярных ГИС (растровые и векторные. Так, кроме
векторного обменного формата DXF, допускается прямой импорт файлов формата DGN ГИС
Microstation. В самом пакете HYPACK MAX имеются встроенные средства для создания
собственных электронных карт в форматах DIG и DGW. Морские навигационные карты
представлены векторными форматами S-57, VPF, C-MAP(редакция 2), а также растровыми
картами формата BSB, выпускаемые фирмой Maptech для NOAA и ARC – растровые карты
Британского Адмиралтейства.
Рис. 3.1.Главное окно ЭГИС HYPACK
- 35 -
Программа МАХ может отображать в качестве картографических подложек также и растровые
TIFF-файлы, которые могут быть черно-белые, одноцветные или цветные. Каждый растровый
файл с расширением .TIF должен иметь дополнительно текстовый файл с тем же именем , но с
расширением .TFW, который содержит в себе начало координат, масштаб и информацию об угле
поворота. Эта информация должна быть в виде прямоугольных координат X-Y .
3.2. Краткое описание ЭГИС HydroPro для обеспечения морского строительства и
проведения съёмок
Ключевые особенности:
Пакет программ HydroPro обеспечивает все фазы проведения морских строительных работ.
Может использоваться с GPS системами, электронными тахеометрами и многочисленными
внешними датчиками. Обеспечивает полный контроль качества накопленных данных и
системных настроек, гибкость настройки для нестандартных задач
ЭГИС Trimble HydroPro Construction - это многофункциональный программный пакет для
навигационно-геодезического обеспечения всего спектра морских строительных работ,
дноуглубительных работ, морских съёмок и других подобных задач, где требуется высокоточное
позиционирование.
Использование пакета программ HydroPro Construction даёт значительный выигрыш по времени,
надежности получаемых данных, экономической эффективности по сравнению с традиционными
методами. Программный пакет базируется на основе запатентованных и многократно
апробированных методиках фирмы Trimble Navigation. Он включает в себя все функциональные
возможности присущие пакету программ HydroPro Navigation, плюс расширенный спектр
специализированных задач, включающий: Установка конструкций (Pile), Позиционирование
буровых платформ (Rig), Дноуглубительные работы (Dredge).
ЭГИС Trimble HydroPro Construction включает
следующие стили решения специализированных задач:
- Стиль Rig - позволяет позиционировать и осуществлять
мониторинг передвижения буксиров, барж, буровых
платформ. На экране карты отображается текущее и
проектное местоположение судна, а с помощью экрана
мишени (бычий глаз) осуществляется высокоточная
постановка в проектную позицию. По выходу в
проектную позицию вы можете записать финальный
отчет с отображением статистической информации в
Рис.3.3. Съемки для гидрографогеодезического обеспечения установки
конструкций и буровых платформ.
реальном времени, а также сохранить отчет в текстовом
файле для дальнейшего экспорта или распечатать его на
принтере.
- Стиль Pile - используется для точной установки морских конструкций, таких как пролеты
мостов, причалы и т. д.
- Стиль Dredge - позволяет загрузить проект канала и на основе этого проекта производить
дноуглубитель-ные работы и точно позиционировать землеройный снаряд. Программный пакет
обеспечивает слежение за перемещением землеройного снаряда на основе данных поступающих
- 36 -
от RTK систем, инклинометров, датчиков глубины, а также предоставляет информацию для
судовождения на сантиметровом уровне точности.
Пакет программ HYDROpro Construction работает в операционной среде Windows и имеет
интуитивно понятный графический интерфейс.
Пакет программ HYDROpro Construction позволяет одновременно вводить информацию от
множества внешних устройств, таких как датчики глубины и устройств кабелеукладки, при этом
получать данные от DGPS и RTK систем Trimble и электронных тахеометров, что обеспечивает
точное пространственное позиционирование в реальном времени. Улучшенные функции
целеуказания дают информацию для взаимного позиционирования судов (например, баржи и
буксира заводящего технологические якоря), а также дают возможность устанавливать
динамичные связи (moving link), что позволяет, например, отслеживать изменение расстояния от
точки отдачи якоря.
Дополнительные модули для улучшенного позиционирования и обработки
1) ПО HYDROpro Remote используется для заводки якорей с помощью буксира или для
контроля за процессом разгрузки баржи. С использованием этого модуля вы можете с помощью
радиоканала установить связь между основным и вспомогательным судном и передавать
целеуказания, например координаты расстановки якорей.
2) Дополнительно к модулю HydroPro Construction поставляется модуль TM Office, который
включает в себя модули NavEdit и TerraModel. Этот набор программ позволяет задавать
фильтры и редактировать данные о глубинах, а также вводить поправки за изменение уровня
воды (tide) и строить отчетные карты. Для построения ЦММ и пространственной визуализации
данных используется модуль Terramodel Visualizer, который заказывается дополнительно.
Проводя морские съемки, занимаясь благоустройством портов, установкой пролетов мостов и
причалов, обеспечивая навигационно-геодезический сервис при позиционировании барж или
слежении за перемещением судов, вы можете быть уверены в том, что гибкие функциональные
возможности пакета программ Trimble HydroPro Construction обеспечат надежность и высокий
уровень производительности для ваших морских проектов.
Области применения
Установка пролетов мостов и причалов
Углубление каналов
Отсыпка отвалов при строительстве волнорезов
Позиционирование барж и буровых платформ
Слежение и контроль за буксирами при заводке якорей или разгрузке барж
Прокладка и обследование подводных трубопроводов и кабелей
Основные функциональные возможности HYDROpro Navigation:
Функционирует на основе OS Windows 98, 2000, ME или NT и включает:
- Графический редактор формы судна
- Встроенный модуль для калибровки систем координат и распределения невязок
- Задание различных редукционных точек для проведения навигации
- Древовидное меню отображает в реальном времени все параметры системы
- Все функции пакета программ HydroPro Navigation плюс:
- Возможность настройки и сохранения многочисленных комбинаций экранов
- 37 -
- Работа в режиме полного или частичного доступа к настройкам (режим Operator или
Supervisor)
- Навигация на основе сфероидальных координат при движении на длинные расстояния
- Специализированные Стили упрощают настройки и использование
- Отображение в реальном времени профиля глубин и разреза канала
- Высокоточное позиционирование землеройного снаряда
- Отслеживание и передача целеуказаний на многочисленные суда
- Дисплей “бычий глаз” для высокоточного выхода в проектную позицию и ориентировки всей
конструкции
- Динамические связи для навигации относительно точки отдачи якоря
- Отчеты по расстановке и подъёму технологических якорей
- Финальный отчет с генерированием статистики в реальном времени, распечатка отклонений от
проектной позиции.
-Навигационно-геодезическое
обеспечение установки
вертикальных конструкций
- Отображение информации о
крене судна с помощью дисплея
уровня (bubble display)
- Отображение курсора
текущего местоположения на
экране карты и измерения
расстояний и азимутов по карте
- Задание проектных позиций
для расстановки якорей с
помощью курсора мыши в
экране карты
Рис.3.4. Вид главного окна пакета HYDROpro в стиле Dredge
-передача файлов от комплекта установленного на буровой платформе или барже на
буксировочное судно по радиоканалу.
Рекомендации по программно-аппаратному обеспечению компьютера
Процессор: Pentium 300 МГц
RAM: 128 Мб
Жесткий: диск 4 Гб
Монитор: Цветной SVGA с разрешением 1024 x 768
Устройства чтения/записи данных: Устройство CD-ROM, гибкий диск 3,5", Zip drive
Операционная система: Windows 2000 или NT
Программное обеспечение защищено от нелегального копирования аппаратным ключом.
- 38 -
3. 3. Общее описание электронной информационной гидрографической системы QINSy
Электронная гидрографическая информационная системы (ЭГИС) QINSy является на
сегодняшний день наиболее универсальной и мощной системой на мировом рынке морских
информационных технологий.
Ключевыми преимуществами системы являются:
- возможность поддержки каждого из трех направлений современной гидрографической
деятельности;
- отсутствие ограничений на функционирование; возможности системы определяются только
аппаратными ограничениями: чем быстрее процессор и больше оперативной памяти, тем больше
задач может решать система;
- соответствие стандартам качества ISO 9001 и графического интерфейса пользователя GUI
делает систему
QINSy Survey устойчивой,
высокоэффективной и простой в освоении для
пользователей, знакомых с WINDOWS-приложениями.
Система QINSy Mapping,
являющаяся отдельным приложением,
связанные с моделированием земной поверхности
объединяет все аспекты,
(terrain modelling), картографированием
(mapping), проектированием (design) и конструированием (engineering).
Особенности функционирования пакета программ QINSy Survey:
- одновременная поддержка многочисленных объектов съемки (multiple objects) каждый из
которых может иметь множество информационных датчиков (multiple sensors), таких как: ЭО,
МЛЭ, ГБО, системы местоопределения, уровенные посты с радиоканалом передачи данных,
датчики курса и определения ориентации и.т.д.;
точная временная привязка всех измерений с использованием GPS PPT и UTC;
- визуализация контроля качества съемки:
- тревожная сигнализация;
- цветовое кодирование поля глубин (цветовая матрица глубин);
- поле глубин в полосе обзора МЛЭ (по первичным и исправленным данным);
- электронные картографические подложки форматов S-57,CM-93/3 и DXF;
- формирование в реальном масштабе времени условий функционирования и распределение
потоков информации;
- мощные инструменты автоматического редактирования и интерактивное редактирование
Особенности функционирования пакета программ QINSy Mapping:
- точное вычисление объемов (по результатам повторного промера);
- формирование длинных профилей и профилей-секций (поперек канала);
- точное построение карт на принтерах и плоттерах;
- инструментарий для создания 3 D изображений и трехмерное проектирование;
- автоматическое создание отчетов;
- автоматическая сборка листов планшетов;
- экспорт\импорт форматов DXF, DWG,DGN, ESRI;
- Объемная визуализация данных съемки;
- Инструменты для ГИС ESRI ArcView
Пакет программ QINSy поставляется в виде двух стандартных приложений:
-
QINSy Survey - для сбора данных в реальном масштабе времени;
- 39 -
-
QINSy Office - для работы в режиме разделения времени в офисе для просмотра данных
съемки. (Состав пакета программ QINSy зависит от того, какие опции ключа (security dongle)
открыты для пользователя).
Оба пакета программ практически одинаковы, за исключением того, что в варианте «Office»
нет режима реального времени.
Оба пакета содержат функции контроля качества
функционирования, помогающие в установлении ошибочных обсерваций и обеспечивающие
подтверждение достигнутого уровня точности местоопределения.
Модульная структура пакета программ позволяет выбирать различные
варианты отображения информации, драйверы устройств и
дополнительные
дополнительные программные
модули, для того, чтобы наилучшим образом приспособить стандартный пакет для решения
ваших конкретных задач.
Фирма QPS предлагает приобрести вначале один из стандартных пакетов QINSy Survey
или QINSy Office. Дополнительные программные модули могут быть подключены в любое
время, как при покупке пакета, так и позже, когда они понадобятся или позволит бюджет
организации. «Строительство» пакета путем последовательного присоединения новых модулей
более эффективно с экономической точки зрения, чем покупка нескольких пакетов у разных
производителей. При этом сокращаются расходы и время на обучение персонала.
Более того, важно понимать, что многозадачная концепция
операционной системы
WINDOWS NT полностью поддерживается в пакете QINSy . Каждая программа уравнивания
данных, отображения информации или драйвер ввода\вывода выполняется отдельной задачей.
Ввиду того, что базовые компоненты остаются неизменными, подключение дополнительных
драйверов и программ отображения
упрощается с экономической точки зрения, и создание
новых реализаций пакета программ упрощается , зачастую требуя только подключения нового
файла- библиотеки, который может быть передан по электронной почте. С точки зрения работы
оператора в реальном масштабе времени это означает, что может быть открыто неограниченное
число окон и запущено большое количество драйверов внешних устройств, а система остается
чрезвычайно устойчивой. Если нужно, например, открыть пять окон одновременно, это может
быть ограничено только наличием достаточного объема оперативной памяти и мощности
центрального процессора на Вашем компьютере. В таблице 3.1. приводятся
перечень
компонентов пакета QINSy Survey и QINSy Office, которые поставляются в рамках стандартной
комплектации.
Что касается QINSy Mapping, то имеется два стандартных пакета, предназначенные для
картографирования, проектирования, а также объемной визуализации:
-
QINSy Mapping and Route Designe,
-
QINSy 3D Visualisation Tool
Таблица 3.1.
Базовые компоненты QINSy
Survey
Office
√
√
Реляционная база данных съемки, содержащая конфигурацию, первичные и √
√
Менеджер проектов
окончательные данные съемки и статистическую информацию
Геодезическая поддержка (системы координат и проекции)
√
√
Уравнивание сетей измерений по обобщенному методу наименьших квадратов √
√
(с учетом весов)
- 40 -
Поддержка времени PPS, включая драйвер ввода\вывода PPS и отображение √
--
оценки точности PPS
Поддержка навигационных датчиков
√
--
Фильтрация и приведение координат
√
√
Генерация обсерваций и опции регистрации информации
√
√
Сетевая поддержка обмена первичными данными через LAN и WAN Импорт √
√
\экспорт первичных данных в формате
UKOOA P2/04 и окончательных
данных в формате P1/90, а так же данные трубопровода в формате P5/94
Статистический анализ
√
√
Survey
Office
Окно задачи уравнивания данных (статус уравнивания)
√
√
Окно оценки качества прежних позиций
√
√
Окно оценки качества обсервации (параметры качества, Статус, W-тест,
√
√
Окно параметров обсервации (первичные измеренные величины)
√
√
Окно тревожных сообщений (ввод\вывод, уравнивание и результаты)
√
√
Окно графического представления рассеивания точек обсерваций (scatter plot)
√
√
Окно однолучевого эхолота
√
√
Окно визуализации текущего эллипса ошибок (2 D и 3 D) обсервации
√
√
Окно для рулевого
√
√
Окно алфавитно-цифровой информации съемки (настраиваемое оператором)
√
√
Окно точки-цели (бычий глаз)
√
√
Окно системы позиционирования
√
√
Окно графического распределения навигационных спутников над горизонтом
√
√
Окно первичных данных измерений от МЛЭ
√
√
Окно графического представления исправленной полосы обзора МЛЭ
√
√
Окно контроля качества пневмоисточника (сейсмическая съемка)
√
√
Окно менеджера трехмерной виртуальной реальности реального времени √
√
Базовые компоненты QINSy
Индикация информации
доверительная вероятность и.т.д.)
Окно навигации на электронной картографической подложке S-57,CM-93/3,
DXF и оценка качества работы ЭМЛ
(окно менеджера трехмерного отображения съемки в реальном времени)
Программные модули
Генератор проектных галсов
√
√
Преобразование геодезических координат
√
√
системы √
√
Калибровка
подводной
гидроакустической
навигационной
ультракороткой базой
Расчет профиля вертикальной скорости звука по гидрологическим данным
√
√
Уравнивание сетей
√
√
Преобразование формата DXF
√
√
Тест ввода\вывода (формат NMEA)
√
√
Тест ввода\вывода форматаRTCM
√
√
- 41 -
Дополнительные программные модули
Уравнивание данных спутниковых дифференциальных подсистем (измеренные псевдодальности
и
поправки
в
формате
RTCM)
с визуализацией
графического
распределения
навигационных спутников
Использование первичных и обработанных данных МЛЭ для съемки подводных трубопроводов
Сравнение полос съемки МЛЭ
Поддержка
морского
вертикального
сейсмического
профилирования
(управление
пневмоисточником, визуализация качества работы пневмоисточника, интерполяция и слияние в
форматах Р1\90)
Управление пневмоисточником и визуализация качества работы пневмоисточника
Менеджера трехмерной виртуальной реальности реального времени (VEM)
Редактирование данных
Поддержка удаленного монитора
Поддержка файлов проектов *.PRO пакета TERRAMODEL
Визуализация растровых изображений ГБО и экспорт файлов формата XTF
Модуль автоматического построения планшетов (ASAP)
Модуль управления растровыми изображениями
3.3.1. Базовые компоненты пакета
3.3.1.1. Менеджер проектов
Менеджер проектов обеспечивает текущий обзор состояние проекта позволяя быстро определять,
что было и что еще необходимо сделать на уровне проекта. Данные, относящиеся к одному
проектному галсу съемки, обычно хранятся в одной реляционной базе данных. Менеджер
проекта ведет таблице баз данных текущего проекта съемки и определяет допустимый перечень
операций, которые могут быть выполнены над каждой их этих баз данных. Когда определенная
операция над конкретной базой данных совершена, заполняется соответствующая ячейка
таблицы Действия отражают фазы обычной съемки, начиная с конфигурации съемки (заполнение
заголовка- общих сведений о съемке), регистрация данных на проектном галсе, просмотр данных
съемки (если необходимо), а также статистический анализ по окончанию галса.
3.3.1.2. Регистрация данных
QINSy очень быстрая система, потому что использует реляционную базу данных собственной
разработки. Управление файлами простое, потому что для каждого проектного галса съемки
требуется хранить только два файла (для батиметрии используется еще один файл *.qpd):
База данных установок и первичных данных;
-
База окончательных данных .
Первая БД включает:
-
общее описание съемки, геодезические параметры и настройки драйверов ввода\вывода;
-
конфигурацию съемки, т.е. описание объекта (судна), узла и обсервации;
-
определение датчиков и установок для уравнивания данных в реальном времени;
-
все первичные данные датчиков, привязанные к единой временной шкале, обычно UTC.
Это означает, что вся съемка может быть впоследствии заново пересчитана, если будет
обнаружена ошибка в установках. Это позволяет избежать необходимость проведения повторной
- 42 -
съемки. Формат базы данных закрытый, однако все данные из БД могут экспортированы в
текстовый формат UKOOA P2/94.
База окончательных данных съемки содержит координаты узловых точек всей сети вместе с их
элементами эллипса ошибок. Кроме того, в этой базе данных для каждой точки хранятся
статистические характеристики:
Аналогично первой, формат этой БД также является закрытым, однако поддерживается вывод
результатов в текстовые форматы UKOOA P1/90, P5/94, а также ASCII –формат, заданный
пользователем.
Наиболее существенными свойствами базы окончательных данных являются:
-
хранение для каждого узла съемки: широты, долготы, геодезической высоты, X(UTM),
Y(UTM), параметров пространственного эллипса ошибок с 95% доверительной
вероятностью и временной привязки
-
статистических характеристик координат каждого узла;
-
данных для сравнения различных источников местоопределения;
-
полная поддержка текстовых форматов UKOOA P1/90, P5/94, а также ASCII –формата,
заданного пользователем.
-
мастер создания шаблонов и статистических отчетов завершения галса.
3.3.1.3. Геодезическая поддержка
Поскольку обеспечивается поддержка практически всех существующих координатных систем
(datum) QINSy , сможет работать в любом районе земного шара. Характеристики геодезической
поддержки следующие:
-
одновременно 9 систем координат из 50 заранее определенных, а также возможность
создания собственной координатной системы;
-
преобразования координат из одной системы координат в другую по семи параметрам;
-
пять поддерживаемых проекций:
- UTM/TM;
- коническая проекция Ламберта (1 или 2 стандартные параллели );
- проекция Кассини;
- Стереографическая проекция;
- улучшенная ортометрическая проекция (rectified Skewed Ortomorphic)/
-
двенадцать заранее определенных единиц измерений, а также возможность создания сво
ей собственной единицы измерений.
3.3.1.4. Контроллер (Controller)
Контроллер выполняет различные функции QINSy, от управления временем и потоком данных
от одного модуля к другому, до запуска пользовательских опций:
Программное управление:
-
создание и сохранение окон индикации данных, установленных пользователем;
-
восстановление окон индикации, созданных пользователем;
-
запуск программ калибровки датчиков;
-
управление выводом данных на печать;
-
задание точек для плавания;
- 43 -
-
установка фильтров для обсерваций и эхолотной информации;
-
задание датчика угловой ориентации для объекта (судна);
-
задание вариантов регистрации данных в реальном времени и фильтрации координат.
Установки для уравнивания данных съемки:
-
мастер установок для задания сети уравнивания данных;
Установки для автоматического начала галса:
Мастер установок для определения старта текущего галса;
Регистрация данных:
Управление расчетом координат, автоматическим вводом данных и регистрацией,
Управление просмотром зарегистрированных данных.
3.3.1.5. Весовое уравнивание сети по методу наименьших квадратов.
Очень быстрый и мощный механизм уравнительных вычислений в динамической сети способен
использовать
информацию
практически
любых
существующих
датчиков,
от
GPS
(псевдодальностей) до гидроакустических навигационных систем с длинной и короткой базой до
фазовой спутниковой аппаратуры, реализующих режим кинематики реального времени, а также
гирокомпасы и.т.д. В QINSy существует большая свобода в возможности объединения позиций
от всех этих датчиков в единое решение, основанное на обобщенном методе наименьших
квадратов (весовое уравнивание динамической сети)..
Важно понимать те преимущества,
которые предоставляет такое уравнивание сети по сравнению с традиционным последовательным
по шаговым решением расчета координат, а именно:
-
подчеркивается взаимосвязь между узлами сети в которых необходимо рассчитать
координаты, учитывая, что отдельные точки не могут быть независимы внутри сети;
-
отражает интегрированный подход к расчету координат, давая устойчивое решение без
внутренних противоречий;
-
поддерживается всесторонняя оценка точности;
-
обеспечивается реалистичное описание точности и надежности – этих двух компонентов
качества измерений.
3.3.1.6. Поддержка точного времени PPS
Использование импульса 1 PPS (Pulse Per Second) и точной метки времени UTC , выдаваемых
спутниковой навигационной аппаратурой в качестве единой временной шкалы к которой
осуществляется временная привязка всех поступающих и передаваемых данных с точностью 1
mc (миллисекунда).
Обеспечивается чрезвычайно точное приведение обсерваций к одному общему моменту.
Абсолютно необходимо для работы с ЭМЛ и ГАНС с ультракороткой базой (USBL).
3.3.1.7. Поддержка навигационных датчиков
QINS может быть сопряжена с практически всеми существующими типами навигационных и
иных датчиков. Типы датчиков приводится ниже. Полный перечень драйверов устройств ,
способных работать в составе QINS приводится на сайте фирмы. Этот перечень постоянно
расширяется. Все имеющиеся драйверы поставляются в составе пакета QINSy Survey.
Вновь создаваемые драйверы для новых датчиков доступны бесплатно.
QINS может быть сопряжена с следующими датчиками:
-
однолучевые эхолоты;
-
многолучевые эхолоты;
- 44 -
-
гидроакустической навигационной системой (ГАНС) с ультракороткой базой;
-
Датчик качки (углов крена, дифферента и вертикальных перемещений),
-
Судовые гирокомпасы и гирокомпасы на подводном техническом средстве (ROV);
-
Датчики глубины и давления;
-
Измерители уровня моря;
-
Наземные радионавигационные системы Микрофикс (Microfix) Силедис (Syledis) и.т.д.
-
Датчики координат (данные о позиции в формате NMEA);
-
Спутниковые радионавигационные навигационные системы (GPS);
-
Системы дифференциальной коррекции в формате RTCM$
-
Сообщения контроля качества (QC) или текстовые строки данных QC других
производителей ;
-
Датчики PPS/UTC для синхронизации с единой временной шкалой.
3.3.1.8. Фильтрация и приведение координат (Position Skewing and Filtering)
Фильтр Калмана использует модель измерений и динамическую модель, т.е. гирокомпас и лаг
для моделирования движения объекта (судна). Применяются две динамические модели:
-
постоянная скорость,
-
равномерное круговое движение (uniform circular motion), для судов с высокой
динамикой.
Для динамики каждой из этих моделей имеется по пять установок:
-
очень низкая (very low),
-
низкая (low),
-
средняя (medium),
-
высокая (high),
-
очень высокая (very high).
Разновременность обсерваций от различных датчиков всегда представляло собой проблему
при динамических съемках. Система QINSy решает эту проблему
путем очень точной
привязки всех поступающих и передаваемых данных к единой шкале времени (с точностью
1 мс).
Такой шкалой является шкала времени UTC, если используется импульс PPS,
выдаваемый спутниковой аппаратурой.
Обсервации приводятся к времени получения псевдодальностей;
Расчет позиции в соответствии с фильтром Калмана приводятся к моменту события;
Обсервации, полученные из других источников, приводятся к времени QINSy или событий.
Во многих случая полностью исправленные данные выдаются в реальном масштабе времени
Например,
при подключение датчика качки (крен,дифферент, вертикальное перемещение)
полностью исправленные данные МЛЭ могут выдаваться в реальном масштабе времени.
3.3.1.9. Генерация обсерваций (событий) и опции регистрации информации
Обсервации могут генерироваться , основываясь на следующих критериях:
-
интервал времени или пройденное расстояние, заданное пользователем;
-
расстояние, пройденное вдоль линии проектного галса;
-
внешний сигнал;
-
команда оператора, поданная с клавиатуры;
-
периодический внешний сигнал с заданным пользователем временем в мс.(как правило,
для морской сейсморазведки и VSP);
- 45 -
Данные могут регистрироваться, основываясь на следующих критериях
-
каждое внутреннее событие основанное на частоте опроса датчика;
-
каждое n-ое событие съемки
3.3.1.10. Сетевая поддержка обмена первичными и окончательными данными.
Внутри локальной сети
LAN и WAN
обмен первичными и окончательными данными
осуществляется с использованием TCP/IP протокола. Сам Интернет может быть использован на
проектах с буровой платформой для обеспечения удаленного контроля качества Те же сетевые
драйверы могут быть использованы в проекте с несколькими объектами (судами) когда
первичные данные пересылаются в центральную систему, обрабатываются и возвращаются назад
для использования (визуализации).
1.1.11. Импорт \экспорт в форматы для сторонних пользователей
Автоматическая конвертация данных в текстовом формате UKOOA P2/94 в формат базы
данных QINSy и наоборот;
Обеспечение контроля качества данных DGPS которые хранятся как первичные данные в
формате UKOOA P2/94. Координаты, рассчитанные в QINSy могут быть сравнены с независимо
рассчитанными координатами, полученными от сторонних пользователей.
Формат окончательных данных, хранящийся в результирующей БД является форматом
UKOOA P1/90 который содержит координаты точек: антенны, точки приведения на судне,
пневмопушки, группы приемников и концевого буя.
Формат координат хранящихся в БД результатов соответствует текстовому формату UKOOA
P5/94
1.1.12. Статистический анализ
Имеется мощная программа статистических расчетов для
графического представления
анализа
всех данных на основе
положения точек позиции (scatter plots)
временных рядов
наблюдений (time series) Программа предоставляет следующие возможности:
-
услуги «мастера статистики » по выбору данных;
-
выбор параметров уравнивания, свойств обсервации и узловых точек, анализа координат;
-
установка порогов для автоматической пометки
тех измерений, у которые порог
превышен. Когда пороги установлены в начале съемки, необходимая статистические
параметры могут быть быстро получены по завершении галса.
-
Просмотр результатов на экране или выдача их на печать
- Задание пользователем масштаба, цветов, графических представлений положений.
3.3.2. Доступные индикации пакета программы QINSy
Большое
количество
индикаций
доступны
пользователю.
Большинство
может
быть
модифицированы пользователем в зависимости от того, какие данные и их свойства желательно
индицировать.
Ввиду тог, что каждое окно представляет собой отдельно исполняемую программу, возможно
открыть столько окон, сколько необходимо, включая два и более одинаковых окна с разным
набором данных. Например, несколько судов, объединенных
локальной сетью работают на
одной съемке, но на расстоянии друг от друга, могут быть представлены
на нескольких
навигационных окнах (navigation display), одно отображает общую картину, а каждое другое –
каждое из судов.
- 46 -
3.3.2.1. Окно контроля качества узловой точки («Node QC Display») – см. рис.3.5
Содержит следующие данные:
▪ широта, долгота, высота, восточное и северное
положение;
▪ элементы эллипса ошибок для 95% доверитель
ной вероятности;
▪ путевой угол и путевая скорость, истинный курс;
▪ строки данных, заданные пользователем;
▪ координаты, заданные пользователем
Рис.3.5. Окно контроля качества узловой точки
(географические или на проекции).
3.3.2.2. Окно контроля качества работы датчиков пространственной ориентации («Horizon
Display») .
Содержит следующие данные:
▪ измеренное значение угла крена «обьекта»;
▪ измеренное значение угла дифферента «обьекта» ;
▪ измеренное значение курса «обьекта»;
▪ измеренное значение вертикального перемещения;
▪ графическое отображение поперечного и
продольного вида «обьекта»;
Параметры, определенные пользователем.
Окно контроля качества работы датчиков
пространственной ориентации показано на рис.3.6.
Рис.3.6. Окно контроля качества работы ДПО
3.3.2.3. Окно первичных параметров обсервации «Observation PhysicsDisplay» - см. рис.3.7.
Содержат следующие данные:
▪момент измерения (время и дата),
▪ измеренные параметры,
▪ индикатор качества (статистика из NMEA
предложения $GPGST),
▪-скорость изменения поправки (только для GPS)
▪ IOD (только для GPS),
▪ UDRE (только для GPS),
▪ параметры, заданные пользователем.
Рис.3.7. Окно первичных параметров обсервации
3.3.2.4. Окно «Временные развертки данных» («Time Series Display») - см. рис.3.8.
Содержит следующие данные:
▪ первичные навигационные данные,
▪ статистические результаты уравнивания
▪ Координатные оси задает пользователь
▪ Минимальное, максимальное, среднее и
стандартное отклонение,
▪ Множественные свойства обсервации на одной
панели
▪ Цветовая палитра, установленная пользователем
Рис.3.8. Окно «Временные развертки данных»
- 47 -
3.3.2.5. Окно тревожных сообщений («Alert Display») см. рис.3.9.
Содержит следующие данные:
Предупреждение ввода \ вывода навигационных данных:
▪ Допустимое время отсутствия данных для каждого датчика .
▪ Предупреждения по первичным данным:
Возраст данных превосходит заданный предел, Нет эфемерид,
Обсервация выше установленного пользователем предела,
Обсервация ниже установленного пользователем предела ,
Смещение обсервации более установленного предела
▪ Предупреждение по уравнительным вычислениям :
Уклонение от галса сверх допустимого предела,
Смещение позиции более установленного предела, F-тест,
MDE или внутренняя надежность сверх установленного
предела число итераций при уравнивании сверх
установленного предела
▪ Окно сообщений звуковой сигнализации и событий съемки
▪ Сохранение на диске сообщений о событиях в файл
Рис.3.9. Окно тревожных
вахтенного журнала
сообщений
▪ Мастер тревожных сообщений
3.3.2.6. Окно графического представления рассеивания обсерваций («Scatter Plot Display»)
см. рис.3.10.
Содержит следующие данные:
▪ Задание пользователем опорной точки для
сравнения с выбранной узловой точкой
▪
Дополнительная
индикация
статистик
алфавитно-цифровая
для:
Среднего,
стандартных отклонений по широте, долготе,
высоте
и
количества
отвергнутых
обсерваций ).
▪ Определяемые пользователям масштабы по
осям Х и У
▪
Эллипс
ошибок
позиции
с
95%
доверительной вероятностью
Рис.310. Окно графического представления рассеивания
обсерваций
3.3.2.7. Навигационное окно («Navigation Display») – см. рис.3.11.
•
Задаваемое пользователем количество слоев для отображения :
Движущихся объектов (судов, ПТС и.т.д. );
Проектных галсов, трубопроводов, точек-целей в формате БД Microsoft Access;
рисунки в формате DXF (AutoCAD), преобразованные в формат QXF для повышения
скорости;
цифровые карты формата СМ93\3 в соответствии со стандартом S57;
функции контроля качества работы многолучевого эхолота (МЛЭ);
- 48 -
•
Измерения дистанций и направлений на электронной карте;
•
Планирование путевых точек ;
•
Слой оценки работы ЭМЛ в реальном времени на основе матрицы глубин показывает:
Среднюю глубину в ячейке матрицы;
Стандартное отклонение глубин в ячейке матрицы;
Количество лучей, попавших в ячейку матрицы;
Минимальная глубина в ячейке матрицы;
Максимальная глубина в ячейке матрицы;
•
Цветовая палитра для:
Дневное освещение мостика
Пасмурное освещение мостика
сумеречное освещение мостика
ночное освещение мостика .
•
Зуммирование электронной карты
или выбор числового масштаба
•
Отображение
карте
на
электронной
основного
объекта
в
абсолютном или относительном
движении (основной объект в
центре)
•
Визуализация
координатной
Рис.3.11. Вид навигационного окна
на карте в виде широт и
сетки
долгот или километровых линий.
3.3.2.8. Окно однолучевого эхолота («Single Beam Echo Sounder Display») – см. рис.3.12.
Содержит следующие данные:
▪ Отображение профиля глубин по оси
времени или расстояния
▪ Задаваемые пользователем масштабы по
осям Х,У
▪
Задаваемая
пользователем
цветовая
Рис.3.12. Окно однолучевого эхолота
палитра
3.3.2.9. Окно визуализации текущего эллипса ошибок (2 D и 3 D) обсервации («Error Ellipse
Display»)
Содержит следующие данные:
▪Эллипс шибок 2 D и 3 D на уровне 95%
доверительной вероятности для выбранного угла
▪ Статистика для элементов среднеквадратического
эллипса погрешностей: большой (a), малой (b)
полуосей и угла ориентировки (Θ), расчет на
основе априорных погрешностей.
Окно визуализации текущего эллипса ошибок
показано на рис.3.13.
Рис.3.13. Окно визуализации эллипса
ошибок
- 49 -
3.3.2.10. Окно для рулевого («Helmsman Display») – см. рис.3.14.
Содержит следующие данные:
▪ Индикатор бокового уклонения для выбранного узла .
▪ Индикатор скорости приближения к проектному галсу для
выбранного узла
▪ Маршрутный
коридор текущего проектного галса с
идентификацией точек обсерваций и траекторией объекта
▪ Графическое представление
дистанций от начала и до
конца проектного галса
▪ Цветовая палитра для :
Дневное освещение мостика ,
Пасмурное освещение мостика ,
сумеречное освещение мостика ,
ночное освещение мостика .
Рис.3.14. Окно для рулевого.
▪ Задаваемые пользователем масштабы для индикатора
бокового уклонения, скорости приближения к галсу и
отображению траектории
3.3.2.11. Окно алфавитно-цифровой информации съемки («Alpha Numerical Display») см.р ис.3.15
▪ Полностью настраиваемый пользователем набор параметров,
тип и размер шрифтов, а также цветовая палитра
▪ Может быть выбрана следующая информация:
Первичные данные обсервации,
Данные позиции, относящиеся в выбранному узлу,
Данные относящиеся к проектному галсу, такие как:
путевой угол и
скорость, имя галса,
номер обсервации и.т.д.
три строки комментариев или обозначений, заданных
пользователем
▪ Мастер создания окна алфавитно-цифровой информации
Предусмотрена возможность вывода информации
отображаемой в окне на принтер или записи в текстовый файл
Рис.3.15. Окно АЦИ
- 50 -
3.3.2.12. Окно точки-цели «бычий глаз» («Bulls Eye or Target Display»)
Облегчает точный выхода на
- см. рис.3.16.
точку-цель.
В окне содержится следующая информация:
▪ имя цели;
▪ вид цели;
▪ картографические координаты точки- цели;
▪ радиусы вокруг точки-цели;
▪ текущее время;
▪ картографические координаты судна (Y,X);
▪ курс судна;
▪ путевой угол судна;
▪ путевая скорость судна;
Рис.3.16. Окно точки-цели
▪ дистанция до цели;
▪ пеленг на цель;
▪ разность картографических
координат судна и цели (dY,dX).
3.3.2.13. Окно системы позиционирования («Positioning System Display» )- см. рис.3.17.
QINSy способна принимать большинство предложений
протокола NMEA с данными систем позиционирования.
Кроме координат могут быть отображены и другие
данные, содержащиеся в этих предложениях.
Окно системы позиционирование индицирует
следующую информацию:
▪ Широту, долготу и высоту
▪ Параметры качества обсервации :
-Элементы эллипса ошибок (a, b and theta),
-Стандартные отклонения широты, долготы и высоты,
DOP’s.
▪ Номера используемых навигационных спутников
▪ Графическое представление эллипса ошибок .
Рис.3.17. Окно системы
позиционирования
3.3.2.14. Окно графического распределения навигационных спутников («SkyPlot») - см. рис.3.18
Графическое представление навигационных спутников,
отслеживаемые антенной аппаратуры или референцной
станцией.
Содержит следующие данные:
•
Алфавитно-цифровая информация, касающаяся:
Высот навигационных спутников над горизонтом
Азимутов навигационных спутников
•
Информация о восходе и заходе навигационных
спутников
Рис.3.18. Окно графического
распределения навигационных
спутников
- 51 -
3.3.2.15. Окно «Аналоговый индикатор» «Analog Display» –см. рис.3.19.
Окно «Аналоговый индикатор» может показывать
следующие параметры;
▪ угол крен (Rol);
▪ угол дифферена (Pitch);
▪ курс по компасу (Heading);
▪ путевой угол (COG);
▪ путевую скорость(SOG);
▪ скорость вдоль и поперек направления движения.
Рис.3.19. Окно Аналогового
Возможно указывать, в каких величинах показывать
индикатора
указанные величины.
3.3.2.16. Окно первичных измерений от МЛЭ («Multibeam Echo Sounder Display») –см. рис.3.20.
Содержит следующие данные:
▪ Цветовое изображение полосы обзора по
неисправленным данным ,
▪ Масштабы по осям Х и У задаются
пользователем
▪ Цветовое кодирование качества данных по
индивидуальным лучам и опции прокрутки
▪ цвета и набор индицируемых параметров
задает пользователь
Рис.3.20. Окно первичных измерений от МЛЭ
3.3.2.18. Окно графического представления исправленной полосы обзора МЛЭ («Multibeam
Swathe Corrected Display») - см. рис.3.21
Содержитследующие данные:
▪ изображение полосы обзора по
исправленным, отфильтрованным, цветом
кодированным глубинам
▪ полоса обзора ЭМЛ, слежения за
трубопроводом и профилограф на одном
окне
▪ Масштабирование ручное или
автоматическое
▪ Цветовая схема, заданная пользователем
▪ Функция обнаружения трубопровода
Рис.3.21. Окно графического представления исправленной
полосы обзора МЛЭ
3.3.2.18. Окно контроля качества пневмоисточника (сейсмическая съемка) («Gun QC Display»)
Используется для
контроля точности выдачи на подрыв источника. Цветовая индикация
позволяет легко обнаружить ошибочные срабатывания пневмоисточника или подрывы с
- 52 -
неправильной последовательностью. Могут быть отображены также различные атрибуты
пневмоисточника.
3.3.2.19. Окно менеджера трехмерной виртуальной реальности реального времени 3D
(«Virtual Environment Manager (VEM) Display»)
Объемная визуализация подводной обстановки на основе цифровой модели дна в реальном
времени с возможностью импорта 3D DXF- файла. На трехмерном изображении можно видеть
например, ПТС, антенну ГБО, и другие движущиеся объекты. Имеются возможности изменения
перспективы обзора в реальном времени. Более полная информация приводится в разделе
«Дополнительные программные модули», «Окно менеджера виртуальной реальности»
3.3.3. Программные модули QINSy (QINSy UTILITY SOFTWARE)
Следующие программных модулей включены в пакет QINSy
3.3.3.1. Генератор проектных галсов (Survey Line Generator)
•
Автоматическое создание различных типов проектных галсов:
Один галс или трубопровод ,
Сетка проектных галсов на полигоне с автоматической генерацией контрольных галсов,
геодезическая линия,
Маршруты, построенные на основе путевых точек ,
Точки-цели с окружностями заданного радиуса.
•
Импорт проектных галсов из текстовых файлов с указанием их форматов пользователем
•
Импорт \ экспорт проектных галсов из базы данных Microsoft Access
•
Графическое редактирование проектных галсов
3.3.3.2. Геодезических программы
•
Преобразование геодезических координат для:
Преобразование географических координат в прямоугольные и обратно
преобразование пространственных прямоугольных в геодезические и обратно
•
Преобразование координат на другой эллипсоид по семи параметрам
•
Расчет дистанции и азимута
•
Расчет координат точки пересечения линий, заданных географическими и прямоугольными
координатами
•
Импорт \экспорт данных из текстовых файлов
3.3.3.3. Калибровка подводной гидроакустической навигационной системы
ультракороткой базой
•
Чтение данных из файлов различных форматов
•
Проверка и калибровка глубины
•
Уравнивание данных по методу наименьших квадратов (МНК);
•
Детальный отчет о калибровке
3.3.3.4. Расчет профиля вертикальной скорости звука по гидрологическим данным
•
Поддерживаются следующие методы расчета скорости звука :
Chen & Millero
Del Grosso
- 53 -
Medwin
MacKenzie
3.3.3.5. Уравнивание сетей
•
Ручной ввод данных
•
Уравнивание по методу наименьших квадратов с учетом весов
•
Жесткий контроль качества
•
До 75 пунктов в сети
•
До 150 обсерваций.
3.3.3.6. Преобразование формата DXF
•
Преобразование текстовых файлов формата DXF в двоичный формат для обеспечения
повышения скорости отображения в навигационном окне QINSy
•
Задание системы координат, проекции, а также параметров преобразования для перевода
элементов DXF файла в систему координат WGS ’84 для правильного совмещения с морской
электронной картой
3.3.3.7. Тест ввода\вывода формата RTCM
•
Декодирует и индицирует сообщения протокола RTCM, включая идентификацию
дифференциальной станции, для того, чтобы проверять правильность приема дифпоправок.
3.3.3.8. Тест ввода\вывода (формат NMEA )
•
Используется для проверки правильности приема данных от сопряженных датчиков
•
Визуализирует первичную принятую строку данных
•
Автоматическая конфигурация последовательных портов через реляционную базу данных
3.3.4. Дополнительные программные модули (ADD-ON MODULES per license)
3.3.4.1. Модуль уравнивания данных спутниковых дифференциальных подсистем
(измеренные псевдодальности и поправки в формате RTCM) с визуализацией
графического распределения навигационных спутников (DGPS QC)
QINSy Survey поддерживает уравнивание сети методом наименьших квадратов с учетом весов.
Модуль DGPS QC добавляет следующие возможности:
•
Независимое вычисление места по дифференциальной GPS с использованием измеренных
псевдодальностей и данных RTCM
•
Объединение дифференциальных поправок многих дифференциальных станций для расчета
вероятнейших координат
•
Придания весов измеренным псевдодальностям
•
Придание весов дифференциальным станциям в зависимости от расстояний до них
•
формирование масок высот спутников для мобильной и референцной станций
•
Объединение навигационных параметров от различных датчиков в единое МНК-решение
Например, возможно уравнять измеренные псевдодальности, дифпоправки от нескольких
референцных станций, линии положения от РНС и дальности от гидроакустической системы
для расчета координат во всех точках сети
•
Мощный статистический анализ
•
Автоматическая отбраковка ошибочных обсерваций
- 54 -
Более подробно функции QINSy Survey поддерживающие уравнивание сети методом
наименьших квадратов с учетом весов и модуль DGPS QC рассмотрены в Глава 3.
3.3.4.2. Использование первичных и обработанных данных МЛЭ для съемки подводных
трубопроводов
•
Сбор и временное хранение первичных данных
•
Редактирование и фильтация в
реальном времени
•
Выдача в реальном масштабе
времени исправленных трехмерных
координат дна (XYZ) становится
возможной благодаря высокоточной
временной привязки всех данных,
включая датчик вертикальных
перемещений
•
Рис. 3.23. Окно данных МЛЭ для съемки подводных
трубопроводов
Представление глубин в полосе
обзора с помощью цветового
кодирования в реальном масштабе
времени (см.рис.3.23.)
3.3.4.3. Поддержка морского вертикального сейсмического профилирования (ВСП)
Модуль поддержки ВСП добавляет к стандартному пакету QINSy Survey управление
пневмоисточником, Таким образом, обеспечивается уравнивание сети наблюдений и контроль
качества. Включены следующие модули:
•
контроллер пневмоисточника, обеспечивающий задание моментов возбуждения с учетом
реального
•
Индикация контроля качества для мониторинга последовательных возбуждений
пневмоисточника
3.3.4.4. Поддержка морской сейсморазведки
Модуль
поддержка сейсмики добавляет к стандартному пакету QINSy Survey функцию AND
P1/90 управление пневмоисточником. Таким образом, обеспечивается уравнивание сети
наблюдений и контроль качества. Модуль подходит для поддержки сейсмосъемки на полигоне,
глубоководных съемок при прокладке подводных кабелей, вертикального сейсмического
профилирования и3D съемок высокого разрешения. Включены следующие модули:
•
контроллер пневмоисточника, обеспечивающий задание моментов возбуждения с учетом
реального
•
Индикация контроля качества для мониторинга последовательных возбуждений
пневмоисточника
•
Утилита P1/90 , обеспечивающая объединение возбуждений пневмоисточника и записей
приемника при сейсмосъемке
•
Утилита P1/90 , обеспечивающая интерполяцию координат групп приемников относительно
акустических моделей косы, координаты которых определяются ГАНС с ультакороткой базой
- 55 -
3.3.4.5. Менеджера трехмерной виртуальной реальности реального времени 3D
(3D VEM Display)
Объемная визуализация подводной обстановки на основе цифровой модели дна в реальном
времени с возможностью импорта 3D DXF- файла. На трехмерном изображении можно видеть
например, ПТС, антенну ГБО, и другие движущиеся объекты. Имеются возможности изменения
перспективы обзора в реальном времени
•
Визуализация размещение камеры, размещение источника освещения, теневая поверхность,
несколько *.PRO файлов, глобальное и послойное управление точками, наборами данных,
тексты, вертикальным масштабом изображения
•
Опции затенения поверхности, точки, проволочная модель нерегулярной треугольной сети,
раскраска поверхности в зависимости от диапазонов высот и гео ориентированной текстуры
поверхности
•
Режимы навигации. Развороты, пролет насквозь, движение к выбранной точке, создание
маршрута полета над поверхностью, а также повторный пролет по ранее записанному
маршруту
•
Правильное совмещение растров наложение растрового TIFF изображения (с файлом TFW)
на цифровую модель поверхности. Пролет по поверхности растрового изображения .
•
Редактор поверхности
Создание районов со средней высотой, устранение точек, усреднение высот, наложение точек
•
Импорт файлов из пакета AutoCAD 3D Studio для представления объектов съемки
3.3.4.6. Редактирование данных
Мощное средство
ручного и автоматического редактирования данных, ограничение и
фильтрации, Модуль предоставляет следующие возможности:
•
Группировка обсерваций в группы для ускорения процедур фильтрации
•
Выбор многочисленных типов фильтров которые могут быть скомбинированы в различные
перестановки. Типы фильтров включают: первичные значения, среднее, медианное, усечение,
абсолютная величина, интерполяция, ввод смещения, ликвидация нулевых значений и.т.д
•
Просмотр данных в алфавитно-цифровом и графическом виде
•
Функции изменения масштаба и панорамирования
•
Редактирование, клиппирование и интерполяция с помощью мыши
•
Экспорт первичных и (или) отфильтрованных данных в текстовый файл
3.3.4.7. Поддержка удаленного монитора
Обеспечивает экономически выгодное решение в случае, когда единственным требованием
является
возможность просмотра окон индикации информации другим
удаленным
пользователем без необходимости использования дополнительного полного пакета QINSy
Survey. Клиентский вариант контроллера QINSy имеет единственную функцию, позволяющую
пользователю включать и конфигурировать окна.
Например, когда оператор системы
динамического позиционирования или рулевой хотели бы иметь возможность изменять состав
отображаемой информации или масштаб изображения, менее дорогой клиентский вариант
контроллера QINSy может быть установлен на мостике и подключен к локальной сети, взамен
полнофункциональной версии пакета QINSy Survey. На сервере будет функционировать полная
версия пакета QINSy Survey, которая посылает блоки данных по сети. Многие клиенты в сети
смогут получать и визуализировать необходимую им информацию. Конфигурация клиент-сервер
- 56 -
может быть также расширена до обмена данными по радио каналу.
Например, буксиры,
завозящие якоря, может быть клиентами, получающими информацию для отображения с буровой
платформы.
3.3.4.8. Поддержка файлов проектов *.PRO пакета TERRAMODEL
В стандартнм пакете QINSy Survey данные однолучевого, многолучевого эхолотов, аппаратуры
слежения за трубопроводом и механического профилографа могут сохраняться в файлах точек
текстового формата (ASCII) X/Y/Z . Данные модуль поддерживает передачу данных формата
X/Y/Z в файла проектов (*.PRO) пакета TERRAMODEL что эффективно с точки зрения затрат
времени
Окно пакета программ TERRAMODEL с изображение изобат изображено на рис.3.24.
Рис.3.24. Окно пакета программ TERRAMODEL с изображение изобат.
3.3.4.9. Визуализация растровых изображений ГБО и экспорт файлов формата XTF
С введением в пакет QINSy возможности работы с растровыми изображениями, получаемыми
отгидролокаторов бокового обзора (ГБО) пользователи получили новый набор возможностей для
определения положения и идентификации подводных целей.
При использовании ГБО основной задачей является формирование акустического изображения
морского дна, которое может быть использовано для определения положения и идентификации
объектов и свойств морского дна.
- 57 -
Каждый ГБО в результате
сканирования дна узким наклонным
лучом генерирует линию (набор)
данных. Этот набор данных
представляет собой серию
амплитуд эхосигнала по времени
или расстоянию. Большие
амплитуды индицируют
повышенную отражающую
способность от объектов на дне
или самого донного грунта. Низкие
амплитуды могут быть тенью
объектов или участками дна с
меньшей отражающей
способностью
Рис.3.25. Соннограма ГБО реального времени
Когда многочисленные линии данных будут объединены и визуализированы, по мере движения
судна с ГБО вдоль прямолинейного маршрута, формируется двумерное изображение,
показывающее детальное акустическую картину дна по оби стороны маршрута, пройденного
судном.
На рис.3.25. приводится сонограмма реального времени ГБО
1.4.10. Визуализация и обработка данных ГБО в QINSy
Программа ГБО позволяет визуализацию сонограммы реального времени и просмотр записанных
данных, а также выбор целей с использованием мыши. Выбранные цели будут сохранены в
растровом файле высокого разрешения формата .bmp вместе с временем и координатами
изображения
Пакет пост-обработки
предоставляет возможность
создавать мазаику из нескольких
галсов съемки. Получаемый
растровый файл будет полностью
гео-референцирован в
соответствии с cистемой
координат, в которой хранятся
батиметрические данные При
этом обеспечивается возможность
точного определения координат
целей на морском дне.
Растровый файл с изображение
затонувшего судна изображен на
рис.3.26.
Рис.3.26. Растровый файл с изображение затонувшего судна
- 58 -
3.3.5. Пакет картографирования и проектирования трасс QINSy (QINSy MAPPING AND
ROUTE DESIGN)
Пакет «QINSy Mapping and Route Design» основан на программном обеспечении Terramodel
фирмы
«Spectra
Precision»
и
объединяет
все
аспекты
моделирования
поверхностей,
картографирования, проектирования и инжениринга. Все, начиная с импорта файла точек XYZ и
кончая созданием карт содержится в данном пакете.
Основа высокой производительности пакета «Mapping and Route Design» (Картографирование и
проектирование трасс) заключается в уникальной модели данных, основанной на моделировании
точек, что позволяет работать с большей скоростью, гибкостью и точностью, чем программы
основанные на идеологии CAD (Computer Added Development ). Скорость обработки невероятно
высокая, потому что нет необходимости загружать и выгружать файлы данных, как это делается
при взаимодействии программного обеспечения проектирования с CAD программами.
Проектирование и вычерчивание полностью выполняются в едином пакете.
Точность и целостность данных увеличена, потому что каждая точка уникальна, а линии и
атрибуты, ассоциированные с этой точкой автоматически обновляются , когда происходит
редактирование точки. Все данные для проекта хранятся в едином файле проекта, сохраняя тем
самым объемы памяти и упрощая работу с файлами.
Инструменты для обработки, проектирования и визуализации включают следующие модули:
3.3.5.1. Модуль CAD
Специализированный модуль CAD включает базу данных и графический механизм, которые
являются фундаментом на котором строятся все вычислительные приложения. Модуль включает
также набор утилит и фундаментальных приложений. Среда CAD полностью обеспечивает
проектирование и черчение. В отличие от обычных CAD-систем , данная разработка с самого
начала была ориентирована на удовлетворение специальных нужд гражданской инженерной
деятельности, геодезии и конструирования, картографирования и других близких видов
деятельности.
Обеспечиваются базовые функции загрузки и сохранения файлов проекта, черчение, ввод
данных, прокладка и создания отчетов
3.3.5.2. Модуль координатной геометрии
Модуль координатной геометрии (COGO) добавляет в пакету обработки функции вычисления
координат. Путем реального объединения модулей CAD и COGO значительно сокращается число
команд, которые надо помнить, повышается продуктивность работы и уменьшается число
возможных ошибок оператора. Этот модуль формирует мост между полевой съемкой,
проектированием и конструированием.
3.3.5.3. Модуль построения изолиний
Модуль построения изолиний поддерживает создание изолиний (горизонталей, изобат и.т.д.) на
основе
нерегулярной
триангуляционной
сети
(TIN),
используя
установки,
заданные
пользователем и берг-штрихи для полного контроля при создании поверхностей. Изолинии
предоставляют
также
много
дополнительных
возможностей,
интерполированных профилей и сечений, а также вычисление объемов.
включая
создание
- 59 -
3.3.5.4. Модуль проектирования полигонов
Этот модуль обеспечивает возможность создание шаблона боковых склонов для предложенного
проекта, проектирование такого шаблона на цифровую модель поверхности (DTM), и расчет
объемов между этими двумя поверхностями. Далее можно видеть, исследовать и планировать
другие аспекты Вашего проекта. Увеличивается скорость и точность, экономится время, задача
решается сразу в трехмерном виде.
3.3..5.5. Модуль проектирования трассы
Модуль проектирования трассы обеспечивает:
•
Удобное в использовании, усовершенствованное графическое решение при проектировании
трасс, пригодное как для простых, так и для самых сложных проектов
•
Уникальная технология вертикального редактирования при выравнивании, которая делает
процесс полностью видимым, усиливая тем самым геометрические критерии проектирования.
•
Мощные возможности моделирования, позволяющие получить быстрый и точный результат
даже в наиболее сложных условиях
Этот модуль, построенный на фундаменте чертежной среды CAD, обеспечивает графические
расчеты, которые мгновенно визуализируют каждое проектное решение или ввод данных по мере
продвижения процесса проектирования. Изменение критериев проектирования, альтернативные
решения могут быть сохранены и их эффект исследован в течении минут. В результате
получаются лучшие проекты, планы высокого качества и повышается продуктивность работы.
3.3.5.6. Модуль автоматического построения планшетов (ASAP)
Модуль ASAP реализует мощные средства автоматизации черчения и радикально увеличивает
скорость создания карт. Обеспечиваются следующие возможности:
•
Автоматически создает законченные планшеты для вашего проекта с рамками, штампами,
зарамочными надписями, номерами планшетов, стрелкой севера для заданной акватории,
включая профили, с минимальными усилиями и с невероятной скоростью
•
Модуль ASAP легко конфигурируется для создание планшетов, соответствующих вашему
стандарту вычерчивания и форматам отображения
•
Сохраняет общую проектную информацию, такую как: имя проекта, номер задания, имя
клиента, менеджер проекта и.т.д в самом файле проекта. Таким образом, когда вы изменяете
какие-либо данные они сразу будут уточнены при построении планшета
•
Допускает вставку новых планшетов и ликвидация ненужных планшетов или отдельных
подписей, при этом автоматически исправляются другие планшеты, учитывая эти изменения
•
Общие замечания, помещенные на планшетах, в которых даны ссылки на другие планшеты
будут автоматически уточнены, если данные этих планшетов будут изменены
•
Создает индекс рисования, который динамически уточняется, чтобы всегда отражать текущее
состояние плана.
3.3.5.7. Модуль управления растровыми изображениями
Модуль позволяет импортировать, просматривать, создавать и проектировать растровые
изображения с поразительной скоростью – даже работая с большими растровыми файлами. Это
обеспечивает
возможность
создавать
растровые
подложки
при
картографировании,
проектировании и планировании. Поддерживаются форматы следующих растровых файлов: TIF,
BMP и PCX
- 60 -
3.3.5.8. Инструменты для географической информационной системы ArcView" фирмы ESRI
•
Соединяет мир ГИС с миром геодезистов и проектировщиков, давая пользователе ГИС
ArcView доступ к инструментам топографической съемки, моделирования земной
поверхности и гражданского строительства .
3.3.5.9. Инструмент объемной визуализации QINSy (QINSy 3D VISUALISATION TOOL)
Инструмент объемной визуализации
базируется на программном обеспечении «Terravista»
фирмы «Spectra Precision». Цифровая модель поверхности (DTM) может быть повернута,
масштабирована и освещена с разных ракурсов. Вы можете даже совершить облет над цифровой
моделью поверхности вашего проекта. Пакет картографирования и проектирования обеспечивает
создание цифровой модели поверхности для использования в инструменте объемной
визуализации
3.3.6.
Форматы файлов и информационные потоки в ЭГИС QINSy
Блок схема ЭГИС QINSy содержащая основные программные модули и поясняющая потоки
данных и форматы файлов представлена на рис.3.27.
В верхней части блок-схемы показаны основные источники информации, которые могут быть
исполь- зованы
ЭГИС QINSy в качестве картографических подложек, а также для
преобразования во внутренний формат для дальнейшего использования на этапе подготовки к
съемке.
Рис.3.27. Потоки данных в ЭГИС QINSy
- 61 -
В
ЭГИС QINSy в качестве картографических подложек могут быть использованы файлы
следующих форматов:
- DWG\DXF – обменные форматы ГМС\ САПР AutoCAD;
- S-57
- обменные формат электронной навигационной карты IHO
(International Hydrographic Organization);
- CM 93\3
- формат коммерческих электронных навигационных карт C-MAP
- GeoTIF
– формат растровых геореференцированных изображений.
В качестве входных могут быть использованы файлы, созданные самой ЭГИС QINSy :
- базы данных точек, галсов и маршрутов (файл с расширением .PRO)
- регулярной сетки глубин («грид» файл с расширением . GRD)
- цифровая модель рельефа (файл с расширением: . QPD в нескольких модификациях)
Для задания координат точек, галсов и линий могут быть использованы текстовые файлы (ASCII)
различного формата. Геометрия корпуса «объекта» - судна или другого носителя антенн
аппаратуры может быть сохранена в файле и расширением .shp, который впоследствии может
быть импортирован в новый проект. Вся первичная информация съемки хранится в файлах базы
данных съемки (файл с расширением .DB).
В файлах базы данных (БД) съемки хранятся также все установки, заданные при инициализации
проекта, связанные с созданием шаблона базы данных съемки.
Как правило, первичная информация по каждому галсу съемки хранится в отдельном файле БД
съемки.
Проект ЭГИС QINSy представляет собой директории с именем проекта в котором хранятся
папки с фиксированными именами, содержащие файлы с фиксированными расширениями
Инструкции по созданию проектов и шаблонов базы данных съемки содержатся в отдельном
документе: «Быстрый запуск системы QINSy» (ГМА, 2007 г)
Список рекомендованной литературы к главе 3
1. Фирсов. Ю.Г. Электронная гидрографическая система HYPACK MAX.
Часть 1. Обзор возможностей системы и подготовка к съемке. Учебное пособие. ГМА, 2003
2. Фирсов. Ю.Г. Электронная гидрографическая система HYPACK MAX.
Часть 2. Выполнение съемки рельефа однолучевым эхолотом. Учебное пособие. ГМА, 2003
3. Фирсов. Ю.Г. Электронная гидрографическая система HYPACK MAX
Часть 3. Выполнение пост-обработки съемки рельефа дна однолучевым эхолотом
Учебное пособие. ГМА, 2003
4. Учебный курс по HYDRO Pro. Конспект лекций. 2004.
5. Фирсов. Ю.Г. Основы практического применения электронной гидрографической
информационной системы QINSy. 2008, ГМА,
6. Быстрый запуск системы QINSy» (перевод фирменной документации ГМА, 2007 г)
- 62 -